KAYA YAPILARININ DAVRANIġININ BELĠRLENMESĠNDE YENĠ BĠR METOD OLAN KAYA YAPISI ĠNDEKSĠ ÜZERĠNE BĠR ÇALIġMA

Transkript

1 DOKUZ EYLÜL ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ KAYA YAPILARININ DAVRANIġININ BELĠRLENMESĠNDE YENĠ BĠR METOD OLAN KAYA YAPISI ĠNDEKSĠ ÜZERĠNE BĠR ÇALIġMA Vehbi ÖZACAR Temmuz, 2010 ĠZMĠR

2 KAYA YAPILARININ DAVRANIġININ BELĠRLENMESĠNDE YENĠ BĠR METOD OLAN KAYA YAPISI ĠNDEKSĠ ÜZERĠNE BĠR ÇALIġMA Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi Maden Mühendisliği Bölümü, Maden ĠĢletme Anabilim Dalı Vehbi ÖZACAR Temmuz, 2010 ĠZMĠR

3 YÜKSEK LĠSANS TEZĠ SINAV SONUÇ FORMU VEHBĠ ÖZACAR, tarafından DOÇ DR. C. OKAY AKSOY yönetiminde hazırlanan KAYA YAPILARININ DAVRANIġININ BELĠRLENMESĠNDE YENĠ BĠR METOD OLAN KAYA YAPISI ĠNDEKSĠ ÜZERĠNE BĠR ÇALIġMA başlıklı tez tarafımızdan okunmuş, kapsamı ve niteliği açısından bir Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. DOÇ. DR. C. OKAY AKSOY Danışman Jüri Üyesi Jüri Üyesi Prof. Dr. Mustafa SABUNCU Müdür Fen Bilimleri Enstitüsü II

4 TEġEKKÜR Tezimi hazırlamamda katkısı bulunan Prof. Dr. Sabit GÜRGEN ve Doç Dr. C. Okay AKSOY hocalarıma ve aileme içtenlikle teşekkürlerimi sunarım. Vehbi ÖZACAR III

5 KAYA YAPILARININ DAVRANIġININ BELĠRLENMESĠNDE YENĠ BĠR METOD OLAN KAYA YAPISI ĠNDEKSĠ ÜZERĠNE BĠR ÇALIġMA ÖZ Kaya mühendisliğinde, kaya kütlelerinin davranışlarının kestirilmesinde kullanılan yöntemlerden birisi kaya kütle sınıflama sistemleridir. Bu konuda birçok sistem geliştirilmiştir. Bu sistemler içerisinde en çok kullanılan sistemler RMR, Q, GSI ve RMI dir. Yer altı ve yerüstü madencilik tasarımlarında çok sık kullanılan bu sistemler incelendiğinde, hepsinin kendi içinde ve uygulandıkları yerlerde bazı avantaj ve dezavantajları mevcuttur. Genel olarak bakıldığında ise bu sistemler özellikle zayıf-çok zayıf kaya kütlelerinin davranışlarının belirlenmesinde bazı sınırlamalara ve yetersizliklere sahip olabilmektedir. Bazı sistemler zaman içerisinde geliştiricileri tarafından modifiye edilmiş olsa da bu sorun devam ede gelmektedir. Özellikle ülkemiz koşullarında yapılan uygulamalarda yaşanan sıkıntıların ana nedeninin, bu sistemlerin değişik ülkelerde ve değişik ülke şartlarında geliştirilmiş olması olarak düşünülmektedir. Kaya yapılarının davranışının belirlenmesinde çalışmanın yapılacağı lokasyonun önemi olduğu düşünülmektedir. Bahsi geçen sistemler incelendiğinde, kaya davranışlarının bazı değiştirgelere bağlı olarak atanan puanlarla belirlendiği görülmektedir. Bu sistemler her ne kadar kaya davranışlarını belirlemede değiştirgeleri kullansa da her tip kaya kütlesinin davranışının kestirilmesi aynı mantık içerisinde yapılmaktadır. Bu durumda, çok zayıf kaya kütlesi ile sağlam kaya kütlelerinin aynı mantık içerisinde değerlendirilmesi söz konusudur. Aslında bu durum beraberinde bazı yanlışları da getirmektedir. Genel olarak sağlam kayaçlarda başarılı olan bu sistemler zayıf kaya kütlelerinde çok da başarılı sayılmamaktadır. Bunun en önemli nedeni bütün kaya kütle tiplerinin aynı mantık içerisinde değerlendirilmesidir. Kaya kütlelerinin yapısal olarak farklı yapılar sunması, davranışlarının da farklı olacağını göstermektedir. Bu nedenle, bütün kaya kütlelerini aynı mantık içerisinde değerlendirmek ve bu mantığa bağlı davranış kestirimi yanlış gözükmektedir. Zaten IV

6 bu durum bu sistemlerin sağlam kayalarda başarılı fakat zayıf-çok zayıf kayalarda sınırlamaları ve yetersiz bazı uygulamaları oluşu nedeniyle görülmektedir. Bu tezin amacı, kaya kütlelerini yapısal olarak farklı sınıflara ayırmak, bu sınıflardaki kaya kütleleri için farklı değerlendirme yöntemleri geliştirmek, geliştirilen sistemin madencilik uygulamalarındaki başarı durumunu tespit etmek, değişik değiştirgelerin (dayanım, yer altı suyu, blok durumu vb) farklı kaya yapılarındaki etkilerini araştırarak ülkemiz koşullarına ve ülkemizde yapılan madencilik çalışmalarına uygun yeni bir sistem geliştirmektir. Anahtar sözcükler: Kaya kütle sınıflama sistemleri, Kaya Yapısı İndeksi, KYİ V

7 A STUDY ABOUT ROCK STRUCTURE INDEX WHICH IS A NEW METHOD TO DETERMINE THE BEHAVIOR OF ROCK STRUCTURE ABSTRACT Rock mass classification systems are one of the using methods to establish behaviors of rock masses in rock engineering. Many systems are developed about this subject. RMR, Q, GSI and RMI are the most commonly used systems. These systems are commonly used in underground and opencast designs. When these systems are analyzed, it is seen that they have both advantages and disadvantages in theirselves and at the applying places. Otherwise these systems have restrictions and disabilities, especially about determining of poor-very poor rock mass behaviors. Though some systems are modified by their developers, this problem continues. Especially it is thought that the developing of these systems at different countries and different country conditions are the main reasons of the troubles happened in our country s conditions. It is thought that the location of the working area is important about determining rock mass behavior. In these systems, rock behaviors are determining by points depending on some parameters. Although these systems are using different parameters to estimate rock behavior, they have the same mentality about establishing behaviors of all type rock mass. Very poor rock mass and good rock mass are evaluated in the same mentality and this situation causes some troubles. The systems are not successful at poor rock mass which are successful at good rocks. And the most important reason of this is, evaluating all the type of rock mass in the same mentality. Different structures of rock mass indicate that their behaviors are different too. Therefore it seems wrong to evaluate all type of rock mass in same mentality and estimating of behavior depending same mentality. This situation is already seen when these systems have restrictions and disabilities at poor-very poor rock. VI

8 The purpose of this thesis is, arranging rock mass structurally in classes, developing different evaluation methods for the rock masses in these classes, determining the success of developed system at mining operations, developing a new system suitable with our country s conditions and mining operations by researching effects of different parameters (strength, ground water, block condition etc.) to different rock structures. Key Words: Rock mass classification systems, Rock Structure Index, RSI. VII

9 ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa YÜKSEK LİSANS TEZİ SINAV SONUÇ FORMU... II TEŞEKKÜR..III ÖZ...IV ABSTRACT... VI BÖLÜM BĠR - GĠRĠġ... 1 BÖLÜM ĠKĠ - KAYA KÜTLE KARAKTERĠZASYONU Süreksizlikler Süreksizlik Türleri Süreksizlik Aralığı Süreksizliklerin Devamlılığı Süreksizlik Yüzeylerinin Pürüzlülüğü ve Dalgalılığı Süreksizlik Yüzeylerinin Açıklığı Dolgu Malzemesinin Özellikleri Süreksizlik Yüzeylerinin Bozunma Derecesi ve Dayanımı Süreksizlik Yüzeylerindeki Su Durumu Süreksizliklerin Yönelimi ve Süreksizlik Takımı Kavramı Kaya Malzemesi Mekanik Özellikleri Tek Eksenli Basma Dayanımı Nokta Yük Dayanımı Schmidt Sertliği Disk Makaslama Dayanım İndeksi Deneyi (Block Punch İndex) Suda Dağılma Dayanımı RQD nin Kaya Kütle Karakterizasyonundaki Rolü...45 VIII

10 2.4 Boyut Etkisi Yapısal Özellik Örselenme Faktörü Blok Boyutunun Etkisi...50 BÖLÜM ÜÇ - YENĠLME KRĠTERLERĠ En Büyük Normal Gerilme Kriteri En Büyük Kesme Gerilmesi (Coulomb) Kriteri Mohr-Coulomb Kriteri Griffith Kriteri Tresca Kriteri (En Büyük Kesme Gerilmesi) Von Mises Kriteri Hoek ve Brown Görgül Yenilme Kriteri...58 BÖLÜM DÖRT - KAYA KÜTLE SINIFLAMA SĠSTEMLERĠ RMR Sınıflama Sistemi Sistemin 1989'daki son versiyonu RMR Sınıflama Sistemi'nin uygulama alanları RMR Sınıflama Sistemi'nin kullanımı sırasında yapılan hatalar Q Sınıflama Sistemi Q Sistemi'nin Sınırlamaları GSI Sınıflama Sistemi GSI'nin tayini için RMR Sistemi'nin 1976 versiyonunun kullanılması GSI'nin tayini için RMR Sistemi'nin 1989 versiyonunun kullanılması GSI'nin tayini için Q Sistemi'nin kullanılması Yenilme ölçütüyle ve GSI Sistemi'yle ilgili sınırlamalar ve sorunlar RMI Sınıflama Sistemi...79 BÖLÜM BEġ - KAYA YAPISI ĠNDEKSĠNĠN TEMELĠ Gereksinim Kriterler-Değiştirgeler...85 IX

11 4.3 Kaya Yapısı İndeksi nin Tanıtımı Kaya Yapısı İndeks Abağı...89 BÖLÜM ALTI - SONUÇ...90 KAYNAKLAR...92 X

12 BÖLÜM BĠR GĠRĠġ Kaya mühendisliğinde, kaya kütlelerinin davranışlarının kestirilmesinde kullanılan yöntemlerden birisi kaya kütle sınıflama sistemleridir. Bu konuda birçok sistem geliştirilmiştir. Bu sistemler içerisinde en çok kullanılan sistemler RMR, Q, GSI ve RMI dir. Yer altı ve yerüstü madencilik tasarımlarında çok sık kullanılan bu sistemler incelendiğinde, hepsinin kendi içinde ve uygulandıkları yerlerde bazı avantaj ve dezavantajları mevcuttur. Genel olarak bakıldığında ise bu sistemler özellikle zayıf-çok zayıf kaya kütlelerinin davranışlarının belirlenmesinde bazı sınırlamalara ve yetersizliklere sahip olabilmektedir. Bazı sistemler zaman içerisinde geliştiricileri tarafından modifiye edilmiş olsa da bu sorun devam ede gelmektedir. Özellikle ülkemiz koşullarında yapılan uygulamalarda yaşanan sıkıntıların ana nedeninin, bu sistemlerin değişik ülkelerde ve değişik ülke şartlarında geliştirilmiş olması olarak düşünülmektedir. Kaya yapılarının davranışının belirlenmesinde çalışmanın yapılacağı lokasyonun önemi olduğu düşünülmektedir. Bahsi geçen sistemler incelendiğinde, kaya davranışlarının bazı değiştirgelere bağlı olarak atanan puanlarla belirlendiği görülmektedir. Bu sistemler her ne kadar kaya davranışlarını belirlemede değiştirgeleri kullansa da her tip kaya kütlesinin davranışının kestirilmesi aynı mantık içerisinde yapılmaktadır. Bu durumda, çok zayıf kaya kütlesi ile sağlam kaya kütlelerinin aynı mantık içerisinde değerlendirilmesi söz konusudur. Aslında bu durum beraberinde bazı yanlışları da getirmektedir. Genel olarak sağlam kayaçlarda başarılı olan bu sistemler zayıf kaya kütlelerinde çok da başarılı sayılmamaktadır. Bunun en önemli nedeni bütün kaya kütle tiplerinin aynı mantık içerisinde değerlendirilmesidir. Kaya kütlelerinin yapısal olarak farklı yapılar sunması, davranışlarının da farklı olacağını göstermektedir. Bu nedenle, bütün kaya kütlelerini aynı mantık içerisinde değerlendirmek ve bu mantığa bağlı davranış kestirimi yanlış gözükmektedir. Zaten bu durum bu sistemlerin sağlam kayalarda başarılı fakat zayıf-çok zayıf kayalarda sınırlamaları ve yetersiz bazı uygulamaları oluşu nedeniyle görülmektedir. 1

13 2 Bu tezin amacı, kaya kütlelerini yapısal olarak farklı sınıflara ayırmak, bu sınıflardaki kaya kütleleri için farklı değerlendirme yöntemleri geliştirmek, geliştirilen sistemin madencilik uygulamalarındaki başarı durumunu tespit etmek, değişik değiştirgelerin (dayanım, yer altı suyu, blok durumu vb) farklı kaya yapılarındaki etkilerini araştırarak ülkemiz koşullarına ve ülkemizde yapılan madencilik çalışmalarına uygun yeni bir sistem geliştirmektir.

14 2.1 Süreksizlikler BÖLÜM ĠKĠ KAYA KÜTLE KARAKTERĠZASYONU Sürekli, homojen ve izotrop malzemeler olmayan kaya kütleleri, çeşitli süreksizlikler tarafından kesilirler. Ayrıca bozunmaya uğramış kaya türlerini de içerirler. Bu nedenle, dış yüklere maruz kalabilen söz konusu kaya kütlelerinin davranışı, içerdikleri süreksizliklerin özellikleri dikkate alınmadan gerçeğe yakın şekilde analiz veya önceden tahmin edilemez. Kaya kütlelerinin özelliklerinin sağlıklı bir şekilde tanımlanmasına ve kaya mühendisliği uygulamalarında önem kazanmasına bu durum neden olmaktadır. Mühendislik yapısının duraylılığını denetleyecek jeolojik unsurların ve bunların fiziksel özelliklerinin tanımlanmasıyla ilgili verilerin toplanması ve kaya kütlesini temsil edecek bir modelin oluşturulması işlemi kaya kütlelerinin tanımlanması olarak adlandırılır. Kaya kütleleri tanımlanırken en önemli kısım süreksizliklerin özelliklerinin belirlenmesidir. Ulusay ve Sönmez (2007) e göre süreksizliklerin özellikleri aşağıda belirtilen amaçlara yönelik olarak tayin edilir. (a) Jeolojik yapının ortaya konulması, (b) Kaya kütlelerinin mühendislik sınıflaması ve (c) Kaya kütlelerinin duraylılığı (örneğin, şev duraylılığı veya yeraltı açıklıklarının tavanlarında oluşan blokların duraylılığı vb.), deformasyonu, sıvı iletimi, patlatma ve destek tasarımı gibi uygulamalarda kullanılan kinematik, analitik, sayısal veya görgül yöntemler için veri sağlanması. Süreksizliklerin özellikleri yüzleklerde (mostrada) veya sondaj karotlarında değişik ölçüm tekniklerinden yararlanılarak tayin edilir ve/veya tanımlanır. Kaya kütlelerinin tanımlanması amacıyla, süreksizliklerin aşağıda belirtilen ve Şekil 2.1'deki blok diyagramda şematik olarak gösterilen fiziksel parametreleri belirlenir (ISRM, 1981): 3

15 4 (a) Süreksizliğin türü (b) Süreksizlik aralığı (c) Süreksizliğin devamlılığı (d) Süreksizlik yüzeyinin pürüzlülüğü ve dalgalılığı (e) Süreksizlik yüzeyinin açıklığı (f) Dolgu malzemesinin özellikleri (g) Süreksizlik yüzeyinin dayanımı ve bozunmanın derecesi (h) Süreksizlik yüzeyindeki su durumu (i) Süreksizliğin yönelimi ve süreksizlik seti (takımı) sayısı (j) Blok boyutu Aşağıdaki bölümlerde sırayla yukarıda maddeler açıklanmışlardır. Şekil 2.1 Kaya kütlelerinin tanımlanmasında süreksizliklerin esas alınan başlıca özellikleri (Hudson, 1989) Süreksizlik Türleri Süreksizliğin türünün belirlenmesi süreksizliklerin özellikleri belirlenirken öncelikli sırada yer alır. Ulusay ve Sönmez (2007) başlıca yapısal süreksizlik (zayıflık düzlemi) türlerinin tanımları aşağıdaki şekilde vermiştir.

16 5 Dokanak; iki farklı litolojik birim arasındaki sınır olup, bu sınır uyumlu, ya da uyumsuz veya geçişli olabilen bir süreksizlik yüzeyidir (Şekil 2.2a) (Ulusay ve Sönmez, 2007). Tabaka düzlemi; sedimanter kayaların oluşumu sırasında tane boyu ve yönelimi, mineralojik bileşim, renk ve sertlik gibi faktörlerdeki değişime bağlı olarak gelişen bir yüzeydir (Şekil 2.2b). Tabakalanma, her zaman ayrık bir süreksizlik yüzeyi olmayabilir ve bazı durumlarda kaya malzemesi içinde hafif bir renk değişimi şeklinde de gözlenebilir (Şekil 2.2c). Tabaka düzlemleri arasındaki uzaklık, birkaç milimetreden (laminasyon) metre (çok kalın tabaka) boyutuna kadar değişebilir. Sedimanların mineralojisindeki değişimler, tabakalanma yüzeyleri arasında ince kil seviyelerinin oluşumuna veya sıvama şeklindeki yüzey kaplamalarına neden olabilir. Bu durum, kil dolgulu fay ve eklem yüzeylerindekine benzer mühendislik sorunlarının gelişmesine yol açabilir (Ulusay ve Sönmez, 2007). Fay ve makaslama zonu; yüzeyi boyunca birkaç santimetreden kilometrelerce uzunluğa kadar göreceli bir yerdeğiştirmenin meydana geldiği makaslama yenilmesine maruz kalmış yüzeylerdir (Şekil 2.2d). Fay, tektonik hareketler sırasında gelişen makaslama gerilmesinin kaya kütlesindeki bir düzlemin makaslama dayanımını aşması sonucu meydana gelen bir kırık şeklinde de tanımlanmaktadır (Kersten, 1990). Fay kırığının yüzeyleri arasında; parçalanmış kaya parçalarının oluşturduğu fay breşi, çok ince taneli malzemeyle temsil edilen fay dolgusu, kil vb. zayıf malzemeler de yer alabilir. Faylar, çoğu kez tek bir düzlem olmaktan çok, birbirine paralel veya yarı paralel konumlu gruplar halinde gelişebilirler ve bunlar fay zonu veya makaslama zonu şeklinde adlandırılırlar. (Ulusay ve Sönmez, 2007).

17 6 Şekil 2.2 Değişik süreksizlik türleri: (a) dokanak, (b) tabakalanma düzlemleri, (c) renk farklılığından ayırtlanan tabakalanma, (d) fay düzlemi, (e) sistematik eklem setleri, (f) dilinim (klivaj) (Ulusay ve Sönmez, 2007). Eklem; yüzeyi boyunca herhangi bir yerdeğiştirmenin meydana gelmediği doğal kırıktır. Kırık yüzeyleri, örtü yükünün kalkması (gerilmenin boşalması), patlatma vd. nedenlerle birbirlerinden bir miktar uzaklaşmış (açılmış) olmakla birlikte, aralarında gözle görülür göreceli bir hareket söz konusu değildir. Yer kabuğunda 1 km derinliğe

18 7 kadar kaya kütlelerinde gözlenebilen eklemler; birkaç milimetreden metrelerce uzunlukta, açık, dolgulu veya kapalı (sıkı) olabilirler. Eklemler, genellikle düzlemsel yüzeyli, yan paralel gruplar veya takımlar halinde gelişirler ve bu eklemlere sistematik eklemler adı verilir (Şekil 2.2e). Düzensiz bir geometriye sahip ve birbirine paralel olmayan eklemler ise, sistematik olmayan eklemler şeklinde tanımlanırlar (Ulusay ve Sönmez, 2007). Dilinim (Klivaj); ince taneli kayalarda, sıkıştırıcı kuvvete dik yönde oluşmuş, sık aralıklı ve birbirine paralel yönde gelişmiş zayıflık düzlemleridir. Mekanik anlamda, makaslama yüzeylerini oluşturan bu yüzeyler boyunca kayma söz konusu olabilir (Şekil 2.2f). Spencer (1969) ile Whitten ve Brooks (1972), başlıca iki tür dilinim tanımlamışlardır. Bunlardan kırık dilinimi, minerallerin birbirine paralel yönde bir dizilim göstermedikleri, çimentolanmış veya kaynaşmış paralel süreksizlikler şeklinde tanımlanır. Spencer (1969), bu tür dilinimin oluşum mekanizmasında litolojinin ve gerilme koşullarının makaslama, açılma ve sıkıştırma süreçlerine neden olduğunu ve bunların da sağlam kayada ince dilimler halinde çok yakın aralıklı süreksizliklerin gelişmesine yol açtığını belirtmiştir (Ulusay ve Sönmez, 2007). Diğer bir dilinim türü ise, akma dilinimi olup, yeniden kristallenme ve mika gibi yapraksı minerallerin birbirlerine paralel şekilde yönlenmelerine bağlı olarak, bir foliasyon yapısının oluşumuyla gelişmektedir. Bu tür dilinim, genel olarak, ince taneli kayaların yüksek sıcaklık ve/veya yüksek basınç altında başkalaşıma (metamorfîzmaya) uğramış olmalarıyla yakından ilgilidir. Dilinim; özellikle sleyt, fillit ve şist gibi kayalarda gözlenmekle birlikte, dilinim düzlemlerinin çoğu önemli derecede çekilme dayanımına sahip oldukları için süreksizlik ağı kapsamında değerlendirilmezler. Bununla birlikte dilinim, bu tür kayaların deformabilite ve dayanım özelliklerinde önemli düzeyde bir yönserliğe neden olmaktadır (Ulusay ve Sönmez, 2007). Fisür; Fookes ve Denness (1969) tarafından "sürekli bir malzemeyi ufak birimlere ayırmadan bölen süreksizlik" olarak tanımlarken, Priest (1993) tarafından ise, "iki yönde gözlenebilen, ancak üçüncü yönde sınırlanan düzlemsel süreksizlik" şeklinde tanımlamaktadır. Dolayısıyla bir ölçüde farklı anlamlara gelebilen fisür

19 8 kavramının, herhangi bir özel süreksizlik türünün tanımlanması amacıyla kullanılmasına ve diğer kavramlarla karıştırılmamasına dikkat edilmelidir (Ulusay ve Sönmez, 2007). Foliasyon (Yapraklanma); yüksek basınç ve/veya yüksek sıcaklık altında farklılaşma veya minerallerin tercihli yönelimi nedeniyle ortaya çıkan metamorfik kökenli zayıflık yüzeyleridir. Şistozite bir tür foliasyon olup, yassı ve elipsoidal tanelerin birbirlerine en büyük gerilmeye dik yönde dizilmesiyle oluşur. Şistozite yüzeyleri genellikle kaygandır (Ulusay ve Sönmez, 2007). Damar; çevre kayasından farklı özellikteki bir malzeme tarafından doldurulmuş kırıktır. Damar kavramı, genel olarak, ince dolgulu düzlemler için kullanılır ve yüzeyleri ayrık olmadığı için zayıf bir süreksizlik olarak değerlendirilmez (Ulusay ve Sönmez, 2007). Süreksizlik türleri; bundan sonraki bölümde değinilecek olan süreksizlik veri formlarına veya jeoteknik sondaj loglarına kaydedilirler ve Tablo 2.1'de verilen ve uluslararası literatürde kabul görmüş simgeler kullanılarak tanımlanırlar (Ulusay ve Sönmez, 2007). Tablo 2.1 Süreksizlik türleri için veri formlarında ve jeoteknik loglarda tanımlamasında yaygın olarak kullanılan simgeler. Süreksizlik türü Simge Dokanak Co Tabakalanma B Fay F Fay zonu FZ Makaslama zonu SZ Eklem J Foliasyon (yapraklanma) F 0 Dilinim (Klivaj) C Damar V Şistozite S Fisür F

20 Süreksizlik Aralığı Kaya kütlelerinde komşu konumlu iki süreksizlik veya birbirine paralel eklemlerden oluşan bir süreksizlik takımındaki iki süreksizliğin arasındaki uzaklığa süreksizlik aralığı denmektedir. Ulusay ve Sönmez (2007) e göre süreksizlik veya bunun tersi olan süreksizlik sıklığı, ya da eklem sıklığı parametresi; süreksizlik yoğunluğunun belirlenmesi amacıyla kullanılmasının yanı sıra, kaya kütlesinin geçirgenliğini ve kaya malzemesinin oluşturduğu blokların boyutlarını denetleyen bir parametre olması nedeniyle de kaya kütlelerinin en önemli özelliklerinden biridir. Bu parametre, kaya kütlelerinin dayanımı ve davranışı üzerinde doğrudan bir etkiye sahip olduğundan dolayı yerüstü kazılarının ve açıklıklarının duraylılıklarını da doğrudan etkilemektedir. Süreksizlikler arasındaki mesafenin düşük olması, yeraltı açıklıklarının duraylılığının sağlanmasını zorlaştıran bir faktör olarak tanımlanmaktadır. Bu sebeple, süreksizlikler arası mesafenin tanımlanması kaya mühendisliği uygulamalarında önem taşır. Mostra yüzeyi serilen şerit metre boyunca şerit metreyi kesen süreksizliklerden ölçülebilen süreksizlik aralığı (Şekil 2.3), sondaj karotlarının incelenmesinden de tayin edilebilir. Ancak uygulamada şerit metrenin her zaman süreksizlik setlerine dik yönde serilmesi mümkün olamadığından, Ulusay ve Sönmez (2007) e göre iki tür açıklık ölçülebilmektedir. (a) Görünür aralık (şerit metre veya sondaj ekseni boyunca karşılaşılan süreksizlikler arasındaki uzaklık; Şekil 2.4a'da "a" mesafesi) (b) Gerçek aralık (birbirine paralel yönde gelişmiş süreksizliklerin oluşturduğu bir süreksizlik takımına ait iki süreksizlik düzlemi arasındaki dik mesafe; Şekil 2.4b'de S mesafesi)

21 10 Şekil 2.3 Ölçüm hattı boyunca süreksizlik aralığının tayini ve bir hat ölçümünden görünüm (Ulusay ve Sönmez, 2007). Ortalama süreksizlik aralığı (x) ve süreksizlik sıklığı aşağıdaki ifadelerden belirlenir. x = L/N (2.1) λ = N/L (2.2)

22 11 Burada; L ölçüm hattının uzunluğu, N ise ölçüm hattını kesen süreksizliklerin sayısıdır. x ve λ parametreleri istatistiksel analiz sonucunda belirlenmedikleri ve eşitlik 2.1 ve 2.2'den hesaplandıkları için, genel bir değerlendirmedirler. Bu yüzden ortalama süreksizlik aralığının daha duyarlı bir şekilde belirlenmesi amacıyla istatistiksel dağılım modellerinden yararlanılması tercih edilmektedir. Priest ve Hudson (1976), homojen kaya kütlelerinde süreksizlik aralığının, genellikle, istatistiksel dağılım modellerinden negatif eksponansiyel dağılıma iyi uyduğunu belirlemişlerdir. Buna göre, süreksizlik aralığı değerlerinin dağılımının tayini için aşağıda verilen negatif eksponansiyel dağılım eşitliği kullanılmaktadır. f(x) = λ e - λ x (2.3) Şekil 2.4 Görünür (a) ve gerçek aralık (b) parametreleri arasındaki ilişki. Türkiye'de değişik kaya kütlelerinde yapılan benzeri çalışmalarda da (Ayday, 1989; Ulusay, 1991; Gökçeoğlu, 1997; Ulusay vd., 1998), süreksizlik aralığı parametresinin aynı dağılım modeline uyduğu saptanmıştır. Eklemli bir marn kaya

23 12 kütlesinde yapılan ölçümlerin negatif eksponansiyel dağılıma uygunluğunu gösteren süreksizlik aralığı histogramları Şekil 2.5'te örnek olarak verilmiştir. Süreksizlik aralığı parametresinin tanımlanması amacıyla ISRM (1981) tarafından kaya kütleleri için önerilen ölçütler Tablo 2.2'de verilmiştir. Tablo 2.2 Süreksizlik aralığını tanımlama ölçütleri (ISRM, 1981). Aralık (mm) Tanımlama <20 Çok dar aralıklı Dar aralıklı Yakın aralıklı Orta derecede aralıklı Geniş aralıklı Çok geniş aralıklı >6000 İleri derecede geniş aralıklı Şekil 2.6'da, süreksizlik aralığı parametresine ilişkin dağılımların, Tablo 2.2'de verilen tanımlama ölçütleri ve aralıkları esas alınarak, histogram şeklinde değerlendirildiği görülmektedir. Daha çok sondaj karotları üzerinde yapılan değerlendirmelerde kullanılan Tablo 2.3, süreksizlik veya eklem sıklığı parametresine ait sınıflama aralıkları ve tanımları ve eşdeğer ortalama süreksizlik aralıklarını vermektedir (Golder Associates, 1979a). Tablo 2.3 Süreksizlik aralığı ve sıklığı sınıfları (Golder Associates, 1979a). Ortalama süreksizlik aralığı, Sınıflama Ortalama süreksizlik sıklığı λ, (m -1 ) (m) Masif >1 <1 Az çatlaklı- kırıklı 0,3 < < Kırıklı- çatlaklı 0,1 < <0, Çok çatlaklı- kırıklı 0,02 < <0, Parçalanmış < 0,02 >50

24 13 Şekil 2.5 Eklemli bir marn kaya kütlesi için süreksizlik aralığı histogramları (Ulusay, 1991'den). Şekil 2.6 Gözlemlerden elde edilen verilere göre modal, en küçük ve en büyük süreksizlik aralıklarını gösteren örnek bir histogram (ISRM, 1981).

25 Süreksizliklerin Devamlılığı Ulusay ve Sönmez (2007) e göre kaya kütlesi kavramı, süreksizlik düzlemleri tarafından bloklara ayrılmış bir sistemi ifade eder. Ancak süreksizlik düzlemleri de üç boyutlu uzayda sonlanırlar. En yüksek devamlılığa sahip süreksizlik türü olan tabakalanma düzlemleri bile havza kenarlarında sonlanır. Süreksizliklerin iz uzunluğu bir kaya yüzleğinde gözlenebildiği için, bunların devamlılıklarının ölçülmesi de çoğu kez üzerinde çalışılan yüzlek alanı ile sınırlanmaktadır. Süreksizliklerin devamlılığı, süreksizliklerin bir düzlemdeki alansal yayılımının göstergesi veya boyutları olup, duraylılığı etkileyen önemli bir parametredir. Kazı duraylılığı üzerinde devamlılığın artması daha olumsuz etki yapmaktadır. Şekil 2.7a da görüldüğü üzere eğimi bir şev aynasının tersi yönde, fakat devamlılığı az olan eklemler şevlerde devrilme duraysızlığı açısından daha az kritik iken, aynı yönelime sahip, fakat devamlılığı yüksek olan süreksizlik sistemleri, devrilme duraysızlığı açısından şevi daha kritik bir konuma getirebilmektedir (Şekil 2.7 b). Şekil 2.7 Süreksizliklerin devamlılığının şevlerde duraysızlık modelinin gelişimi üzerindeki etkisine bir örnek: (a) devamlılığı düşük süreksizlikler (devrilme meydana gelmez), (b) yüksek devamlılığa sahip süreksizliklerin neden olduğu devrilme duraysızlığı (Ulusay ve Sönmez, 2007).

26 Süreksizlik Yüzeylerinin Pürüzlülüğü ve Dalgalılığı Ulusaya göre; pürüzlülük ve dalgalılık sırasıyla, bir süreksizlik yüzeyinin küçük ve büyük ölçekte düzlemsellikten sapmasının bir ölçüsüdür. Dalgalılık, düzlemsellikten büyük ölçekteki bir sapmayı karakterize ederken, küçük ölçekteki sapmalar ise pürüzlülük olarak tanımlanır (Şekil 2.8). Süreksizlik yüzeylerinin makaslama dayanımınında, her iki özellik de önemlidir. Ancak süreksizlik açıklığının, ya da dolgu malzemesinin kalınlığının artmasıyla, pürüzlülüğün süreksizliğin makaslama dayanımı üzerindeki etkisinin azalmasına sebep olmaktadır. Pürüzlülük, laboratuvar ölçeğindeki küçük veya arazi deneylerine uygun boyutlardaki orta ölçekli süreksizlik örneklerinin makaslama dayanımını etkilerken, dalgalılık süreksizlik düzleminin konumuna göre makaslama yer değiştirmesinin yönünü etkiler (Şekil 2.8). Şekil 2.8 Süreksizlik yüzeylerinin dalgalılığı ve pürüzlülüğü Kaya mühendisliği çalışmalarında çoğu kez proje bütçesinin ve zamanın sınırlı olması nedeniyle kalitatif pürüzlülük tanımlamalarına başvurulur. Bu amaçla ISRM (1981) tarafından önerilen ölçüte göre, süreksizlik yüzeyi üzerinde ve orta ölçekte gözlem yapmak üzere, süreksizlik yüzeyi Şekil 2.9'da verilen tipik pürüzlülük profilleri ile karşılaştırılarak pürüzlülük tanımlanır. Ulusay ve Sönmez (2007) e göre profiller; "basamaklı", "dalgalı (ondüleli)" ve "düzlemsel" şeklinde üç orta ölçek grubuna ayrılmakta ve ayrıca her grupta küçük ölçek bazında "pürüzlü", "düz" ve "kaygan" şeklinde bir alt sınıflanma yapılmaktadır. Süreksizlik yüzeyinde bir makaslama yer değiştirmesinin meydana geldiğine dair parlak ve kaygan bir yüzeyin gözlenmesi halinde kaygan terimi kullanılmaktadır. Şekil 2.9'dan görüleceği gibi

27 16 pürüzlülük I numaralı profile doğru arttığında, süreksizlik yüzeylerinin makaslama dayanımı artmaktadır. Şekil 2.9 Pürüzlülüğün kalitatif olarak belirlenmesinde kullanılan pürüzlülük profilleri (ISRM, 1981'den). Şekil 2.10'da süreksizlik profilleri esas alınarak yapılan bir diğer pürüzlülük tanımlaması görülmektedir. Tablo 2.4'te verilen tanımlamalar esas alınarak, bu profiller ölçüm yapılan süreksizlik yüzeyleri ile karşılaştırılır. Bu yöntemde pürüzlülük ölçümü tanımlama göreceli olarak daha kolay ve kalitatif bir yöntemdir.

28 17 Şekil 2.10 Pürüzlülük sınıfları (Golder Associates, 1979a). Tablo 2.4 Pürüzlülük ve dalgalılık sınıflamaları (Golder Associates, 1979a). Pürüzlülük Dalgalılık Tanımlama Sınıf Kaygan-parlak 1 Düz 2 Pürüzlü 3 Çıkıntılı 4 Basamaklı 5 Düzlemsel 1 Az dalgalı 2 Dalgalı 3 Kavisli 4 Kıvrımlı 5 Dalgalılığın ölçülmesi: Süreksizlik yüzeyi profillerinin değerlendirilmesi amacıyla ayrıca büyük ölçekte dalga boyu ve genlik de ölçülmelidir. Bu amaçla Şekil 2.11'de gösterilen yöntem kullanılır. Söz konusu yöntemde; 1 m uzunluğunda bir cetvel süreksizlik yüzeyine dayanır ve yüzeyin cetvele olan uzaklığı ölçülür. Bu ölçüm, yüzey boyunca değişik noktalarda tekrarlanılır ve süreksizlik yüzeyinin genliğini verir (Ulusay ve Sönmez, 2007).

29 18 Şekil 2.11 Süreksizliklerin dalga boylarının ve genliklerinin ölçülmesi (Ulusay ve Sönmez, 2007) Süreksizlik Yüzeylerinin Açıklığı Eğer süreksizlik yüzeyi temiz ve kapalı olduğunda süreksizlik yüzeylerinin açıklığının ölçülmesi gerekmeyebilir. Fakat süreksizlik yüzeyi açık olduğu durumlarda ise, açıklığın ölçülmesi gerekmektedir. Bu terim, süreksizliğin iki yüzeyi arasındaki dik uzaklık olup, su veya herhangi bir dolgu malzemesi tarafından doldurulmuş olabileceği gibi boş da olabilir (Şekil 2.12). Süreksizlik yüzeyleri arasındaki açıklıkların sebebi, genellikle gerilme azalması veya dolgu malzemesinin süreksizlikten yıkanma veya buna benzer yollarla uzaklaşmasıyla yakından ilgilidir. Süreksizlikler çok düz yüzeylere sahip değillerse, 0,1 mm veya 1,0 mm genişliğindeki açıklıkların süreksizliklerin makaslama dayanımı üzerinde önemli bir etkisi olmamaktadır (Ulusay ve Sönmez, 2007). Açıklığın ölçülmesi amacıyla yüzleklerde floresanslı boya (Snow, 1970), sondajlarda iz bırakan paker (Barr ve Hocking, 1976) ve benzeri gibi yöntemler

30 19 kullanılmakla birlikte, milimetre bölmeli şerit metre veya mikrometre ile yapılan ölçüm basit ve yaygın olarak kullanılmaktadır (Şekil 2.13). Bu yöntem, Ulusay ve Sönmez (2007) e göre ölçüm hattını kesen tüm süreksizliklerin açıklıkları kaydedilerek yapılır. Diğer bir seçenek olarak da, başlıca süreksizlik takımında açıklığın ölçüm hattı boyunca gösterdiği değişimin ölçülmesi gösterilmiştir. Şekil 2.12 Kapalı, açık ve dolgulu süreksizlikler (ISRM, 1981'den). Şekil 2.13 Yumuşak dolgulu bir süreksizlik yüzeyinde mikrometre ile açıklık ölçümü.

31 20 Mekanik kazı, patlatma gibi olaylardan dolayı kaya yüzleklerinde gözlenen süreksizlik açıklıkları çoğunlukla örselenmiş açıklıklardır. Bu nedenle, kaya kütlesinde yüzeyden içe doğru ölçülen açıklıklara göre yüzeyde ölçülen açıklıklar biraz daha geniştir. Süreksizlik açıklıklarının tanımlanması amacıyla ISRM (1981) tarafından önerilmiş ölçütler Tablo 2.5'te verilmiştir. Tablo 2.5 Süreksizlik açıklığının tanımlanmasına ilişkin ölçütler (ISRM, 1981). Açıklık <0,1 mm 0,1-0,25 mm 0,25-0,5 mm 0,5-2,5 mm 2,5-10 mm >10mm 1-10 cm cm >100 cm Çok sıkı Sıkı Kısmen açık Açık Orta derecede geniş Geniş Çok geniş Aşın geniş Boşluklu Tanımlama "Kapalı" yapılar "Boşluklu" yapılar "Açık" yapılar Açıklık parametresi değerlendirilirken, her süreksizlik seti için ortalama açıklık değeri belirlenir ve ortalama değerden daha geniş açıklığa sahip süreksizlikler, yerleri ve yönelimleri (eğim/eğim yönü) ile birlikte tanımlanır. Ayrıca aşın derecede geniş aralıklı ( cm) süreksizlikler ve/veya boşluklu (>lm) yapıya sahip kaya kütleleri fotoğrafları da çekilerek kaydedilir (ISRM, 1981) Dolgu Malzemesinin Özellikleri Dolgu malzemesi, süreksizliğin arasını dolduran ve çoğunlukla süreksizliğini doldurduğu kaya malzemesinden daha zayıf olan malzemedir. Kil, kum, silt, breş ve milonit sıkça rastlanan dolgu malzemesi çeşitleridir. Dolgunun kalınlığı, süreksizliğin iki yüzeyi arasındaki uzaklık olarak tanımlanır. Kalsit, kuvars vb. gibi yüksek dayanımlı mineraller haricinde, dolgulu süreksizlikler dolgusuz veya pürüzlü yüzeylere göre daha düşük makaslama dayanımına sahiptirler ve dayanımda en zayıf nokta olup bu nedenle dayanım üzerinde daha etkin bir rol oynamaları beklenir.

32 21 Şekil 2.14 Süreksizlik boşluğuda kil dolgu Şekil 2.15 Süreksizlik boşluğunda kuvars dolgu

33 22 Ulusay ve Sönmez (2007) e göre eğer dolgu malzemesinin kalınlığı (f) süreksizlik yüzeyinin pürüzlülüğünün genliğinden (a) büyükse, süreksizlik yüzeyinin makaslama dayanımı dolgunun makaslama dayanımı tarafından denetlenir (Şekil 2.16). Pürüzlü ve pürüzsüz süreksizliklerde dolgu malzemesinin makaslama dayanımına etkisi, Şekil 2.17'de verilen yenilme zarflarıyla gösterilmiştir. Düşük normal gerilme ( ) düzeylerinde süreksizlik yüzeyinin makaslama dayanımım ( ), dolgunun makaslama dayanımı denetlemektedir (Şekil 2.17; 1 no.lu zarf). ince dolgulu süreksizliklerde normal gerilmenin artmasıyla pürüzlü yüzeyler dolguyu ezerek kenetlenirken, yenilme zarfının eğimi de artmaktadır (Şekil 2.17; 2 no.lu zarf). Dolgusuz, ancak pürüzlü bir süreksizlik yüzeyinde ise, normal gerilme arttıkça pürüzlülükler (çıkıntılar) yenilmekte ve süreksizlik boyunca meydana gelen yer değiştirme, dolayısıyla makaslama dayanımı, doğrudan düz süreksizlik yüzeyleri tarafından denetlenmektedir. Şekil 2.16 (a) Dolgu malzemesinin kalınlığı ve pürüzlü süreksizlik yüzeyinin genliği arasındaki ilişki (ISRM, 1981'den).

34 23 Şekil 2.17 Dolgu malzemesinin kalınlığının süreksizliğin makaslama dayanımına etkisi (Hoek ve Bray, 1981'den düzenlenmiştir). Dolgu malzemesinin özellikleri arasında aşağıda verilenler en önemli özellikler olup, tanımlanmaları gerekir (ISRM, 1981). (a) Mineraloji (b) Tane boyu dağılımı (c) Aşırı konsolidasyon oranı (d) Su içeriği ve geçirgenlik (e) Dolgunun daha önce maruz kaldığı makaslama yer değiştirmesi (f) Süreksizlik yüzeyinin pürüzlülüğü (g) Dolgunun kalınlığı (h) Süreksizlik yüzeyini oluşturan kayanın kırılma veya parçalanma özelliği Yukarıda verilen tipik dolgu özelliklerinden arazide tanımlanabilecek olanlarla ilgili olarak ISRM (1981) tarafından önerilen tanımlama ölçütleri ana hatlarıyla aşağıda belirtilmiştir. Genişlik: Dolgulu süreksizliklerin en küçük ve en büyük kalınlıkları %10 duyarlılıkta ölçülmeli ve ortalama genişlik değeri hesaplanmalıdır. Bu amaçla milimetre bölmeli şerit metre veya mikrometre kullanılır (ISRM, 1981).

35 24 Bozunmanın derecesi: Süreksizlik yüzeyi boyunca gelişen bozunma süreci sırasında türemiş bozunma ürününün doldurduğu süreksizlikler, ayrışmış veya parçalanmış kaya malzemesine ait dolgu malzemesini içerirler. Bu tür durumlarda aşağıdaki tanımlamalar dikkate alınır (ISRM, 1981). Ayrışmış: Kaya; orijinal dokusunu koruyan, ancak minerallerin bir bölümünün veya tamamının bozunmaya uğrayarak toprak zemin gibi davrandığı bir malzemeye dönüşmüştür (ISRM, 1981). Parçalanmış: Kaya, orijinal dokusunu korumakla birlikte, kırılgan ancak minerallerin bozunmaya uğramadığı bir özelliğe sahiptir (ISRM, 1981). Mineraloji: Drenajlı (akaçlamalı) koşulların egemen olduğu uzun süreli duraylılığı denetleyen bir faktör olması nedeniyle, dolgulu süreksizliklerde dolgunun içerdiği ince tane miktarı önemli olup, bunun miktarı ve türü tayin edilmelidir. Bu belirleme, özellikle dolguda aktif (şişen) killerin varlığı halinde daha da önem kazanır. Montmorillonit gibi aktif kil minerallerini içeren şişen killerle karşılaşılması halinde, mümkünse, su içeriği tayinlerinin yapılmasında ve ayrıca şişme basıncı deneyleri için örnek alınmasında yarar vardır(isrm, 1981). Tane boyu: Süreksizliklere ait dolgu malzemeleri; kil, silt, kum ve kaya parçacıklarının yüzdeleri belirlenerek kabaca tanımlanabilir. Dolgu malzemesinden standart elek analizleri için genellikle yeterli miktarda örnek alımı güç olduğundan, bu işlem her zaman gerçekleştirilemez. Tane boyu dağılımının yanı sıra, killi dolgu malzemelerinin kıvam limitlerinin (likit limit, plastik limit, plastisite indeksi ve büzülme limiti) tayin edilmesi de önerilmektedir (ISRM, 1981). Dolgu malzemesinin dayanımı: Dolgu malzemeleri, özellikle bu malzemelerin en zayıf özelliğe sahip olan ince taneli bölümü Tablo 2.6'da verilen basit indeks tanımlama deneyleri yapılarak dayanım özellikleri açısından değerlendirilebilir. Bu tablodaki tanımlamalar; uzun sürede drene olan kil, siltli kil veya kumlu silt ve kil karışımları gibi kohezyonlu toprak zeminlere uygulanır (ISRM, 1981).

36 25 Önceki yerdeğiştirme: Dolgulu bir süreksizliğin daha önce makaslama yer değiştirmesine maruz kalıp kalmadığının belirlenmesi de önem taşır. Bu amaçla, dolguda kaygan yüzeylerin ve makaslama izlerinin varlığına bakılır (ISRM, 1981). Su içeriği ve geçirgenlik: Dolgulu bir süreksizliğin ve özellikle kil dolgunun su içeriği ve geçirgenliği, Tablo 2.7'de verilen ölçütler esas alınarak pratik bir şekilde tanımlanabilir (ISRM, 1981). Tablo 2.6 Toprak zeminlerin drenajsız makaslama dayanımlarının değerlendirilmesi için tanımlama ölçütleri (ISRM, 1981). Tek eksenli Dayanım simgesi Tanım Sahada tanımlama ölçütü sıkıģma dayanımı, c(mpa) El, yumruk haline getirilerek S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 Çok yumuşak zemin zeminde 2,5 cm civarında bir < 0,025 derinliğe kadar bastırılabilir. Başparmak, zeminin içinde Yumuşak zemin birkaç inç'lik derinliğe kadar 0,025-0,05 bastırılabilir. Başparmak, orta derecede bir Katı zemin çabayla zeminde birkaç inç'lik derinliğe kadar 0,05-0,10 bastırılabilir. Başparmakla kilde çentik Sert zemin oluşturulabilir, ancak zemine parmakla girilmesi için 0,10-0,25 büyük çaba gerekir. Çok sert zemin Zemine elle bastırılarak nüfuz edilemez. 0,25-0,50 Aşırı derecede sert Zeminde tırnakla çentik zemin oluşturulması güçtür. >0,50

37 26 Tablo 2.7 Dolgulu süreksizlikler için su durumunu tanımlama ölçütleri (ISRM, 1981). Dolgu malzemesi, aşırı derecede konsolide olmuş ve kurudur. Geçirgenliğin çok düşük olması Wı nedeniyle süreksizlik yüzeyi boyunca önemli bir su akışı gözlenmez. W 2 W 3 Dolgu malzemesi nemli olmakla birlikte, serbest su akışı yoktur. Dolgu malzemesi ıslaktır ve yer yer su damlacıkları gözlenir. W 4 Dolgu malzemesinin yıkanmış olduğuna ilişkin belirtiler vardır. Ancak sürekli su akışı söz konusu değildir. W 5 W 6 Dolgu malzemesi yerel olarak yıkanmıştır ve yıkanma kanalları boyunca belirgin su akışı vardır. Dolgu malzemesi tamamen yıkanmıştır ve çok yüksek su basıncı söz konusudur. (ISRM, 1981) e göre dolgulu süreksizliklerin tanımlanması için projenin veya araştırmanın boyutlarına ve önemine bağlı olarak belirlenecek parametreler aşağıda verilmiştir. I. Geometri: Genişlik Yüzey pürüzlülüğü Süreksizlik yüzeyinin durumunu gösteren taslak çizim II. Dolgunun tipi: Mineraloji Tane boyu Bozunmanın derecesi Dolgunun indeks parametreleri Şişme potansiyeli

38 27 III. Dolgu malzemesinin dayanımı: Basit tanımlama deneyleri Makaslama dayanımı Aşın konsolidasyon oranı Yerdeğiştirmenin olup olmadığı IV. Sızıntı: Su içeriği ve geçirgenlik için nicel veri Süreksizlik Yüzeylerinin Bozunma Derecesi ve Dayanımı Süreksizlik yüzeylerinin çevresindeki, özellikle süreksizlik yüzeylerinin dolgusuz ve birbiriyle temas halinde olması koşulunda, kayanın dayanımı makaslama dayanımı açısından çok önemlidir. Genelde yüzeye yakın kesimlerde kaya kütleleri bozunmuş olmaktadırlar, daha derine gidildiğinde ise hidrotermal süreçlere bağlı olarak alterasyona uğramış olabilirler. Bu sebeple kaya malzemesinin bozunma derecesi süreksizlik yüzeylerinin dayanımını büyük ölçüde etkiler. Ulusay ve Sönmez (2007) e göre süreksizlik yüzeylerinin dayanımını bu denli yakından ilgilendiren bozunmanın, mekanik parçalanma ve kimyasal ayrışma gibi iki önemli sonucu vardır. Genel olarak kaya üzerinde fiziksel (mekanik) ve kimyasal faktörler birlikte etkirler. Ancak, iklim koşullarına bağlı olarak, bunlardan biri diğerinden daha baskın olabilir. Fiziksel bozunma, süreksizliklerin açıklıkları boyunca meydana gelir ve kayanın parçalanması sonucu komşu minerallerde dilinim ve kırıkların gelişerek yeni mikro süreksizliklerin oluşumuna neden olur. Kimyasal bozunma ise, kayalarda renk değişimi ve özellikle silikat minerallerinin kil minerallerine dönüşmesiyle sonuçlanmaktadır. Ancak kuvars gibi dayanıklı bazı mineraller bu etkilere karşı direnç göstererek değişmeden kalırlar. Bu sebeple süreksizliklerdeki, süreksizlik yüzeylerinde gözlenen dolgu tanımlanması gereklidir. ISRM, 1981 e göre arazi çalışmaları sırasında pratik olarak kullanılabilecek bozunma sınıflaması ölçütleri, kaya kütlesi ve kaya malzemesi için sırasıyla Tablo 2.8 ve 2.9'da verilmiştir.

39 28 Tablo 2.8 Kaya kütlelerinin bozunma derecesiyle ilgili sınıflama (ISRM, 1981). Tanım Tanımlama ölçütü Bozunmanın derecesi Bozunmamış (Taze) Az bozunmuş Orta derecede bozunmuş Tamamen bozunmuş Artık zemin Kayanın bozunduğuna ilişkin gözle ayırt edilebilir bir belirti olmamakla birlikte, ana süreksizlik yüzeylerinde önemsiz bir renk değişimi gözlenebilir. Kaya malzemesinde ve süreksizlik yüzeylerinde renk değişimi gözlenir. Bozunma nedeniyle tüm kayacın rengi değişmiş ve kaya taze halinden daha zayıf olabilir. Kayanın yarısından az bir kısmı toprak zemine dönüşerek ayrışmış ve/veya parçalanmıştır. Kaya; taze, ya da renk değişimine uğramış olup, sürekli bir kütle veya çekirdek taşı halindedir. Kayanın tümü toprak zemine dönüşerek ayrışmış ve/veya parçalanmıştır. Ancak orijinal kaya kütlesinin yapısı halen korunmaktadır. Kayanın tümü toprak zemine dönüşmüştür. Kaya kütlesinin yapısı ve dokusu kaybolmuştur. Hacim olarak büyük bir değişiklik olmakla birlikte, zemin taşınmamıştır. W 1 W 2 W 3 W 4 W 5 Dayanım basit deneylerden veya Schmidt çekicinden yararlanılarak bulunabilmektedir. Tablo 2.10'da belirtilen basit deneyler, arazide kaya malzemesi üzerinde kolaylıkla yapılabilmektedir. Fakat bu deneylerlerden elde edilen dayanım tamamen göreceli olmaktadır.

40 29 Tablo 2.9 Kaya malzemesinin bozunma derecesiyle ilgili sınıflama (ISRM, 1981). Tanım Taze (bozunmamış) Rengi değişmiş Bozunmuş Tanımlama ölçütü Kaya malzemesinin bozunduğuna ilişkin belirgin bir gösterge yoktur. Orijinal kaya malzemesinin rengi değişmiş olup, renkteki değişimin derecesi belirgindir. Renk değişimi sadece bazı mineral taneleriyle sınırlı ise, bu durum kayıtlarda belirtilmelidir. Kaya malzemesi orijinal dokusunu korumakla birlikte, toprak zemine dönüşmüştür. Ancak minerallerin bir kısmı veya tamamı bozunmuştur. Bozunmuş-dağılmış Kayanın orijinal dokusu korunmakla birlikte, kaya malzemesi tamamen bozunarak toprak zemine dönüşmüş olup, kırılgandır. Tablo 2.10 Süreksizlik yüzeylerinin tek eksenli sıkışma dayanımına ve arazi tanımlamalarına göre sınıflandırılması (ISRM, 1981). Tek eksenli Simge Tanım Saha tanımlaması sıkıģma dayanımı, ci(mpa) R 0 R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 Aşırı derecede zayıf kaya Çok zayıf kaya Zayıf kaya Orta derecede sağlam kaya Sağlam kaya Çok sağlam kaya Aşırı derecede sağlam kaya Kayanın yüzeyinde tırnak ile çentik 0,25-1,10 oluşturulabilir. Jeolog çekiciyle sert bir darbeyle 1,0-5,0 ufalanan kaya, çakı ile doğranabilir. Kaya, çakı ile güçlükle doğranır. Jeolog çekici ile yapılacak sert bir 5,0-25 darbe kayacın yüzeyinde iz bırakır. Kaya, çakı ile doğranamaz. Kaya örneği, jeolog çekici ile yapılacak tek ve sert bir darbeyle kırılabilir. Kaya örneğinin kırılabilmesi için jeolog çekici ile birden fazla darbenin uygulanması gerekir. Kaya örneğinin kırılabilmesi için jeolog çekici ile çok sayıda darbe gerekir. Kaya örneği, jeolog çekici ile sadece >250 yontulabilir.

41 30 Dayanımı tahmin etmekte kullanılan Schmidt çekici deneyi, eklem yüzeylerinin sıkışma dayanımını veren ve arazide kolaylıkla uygulanabilen pratik bir yöntemdir. Deney sırasında çekiç süreksizlik yüzeylerine dik yönde tutulur (Şekil 2.18a). Deneyin yapılacağı yüzeydeki döküntülerin sıkışma dayanımını etkilememesi açısından temizlenmiş olması çok önemlidir. Ulusay ve Sönmez (2007) e göre bu deney, çok dar aralıklı süreksizlikleri içeren gevşek kaya kütleleri için uygun değildir. Bu tür koşullarda, kaya kütlesi ortamından alınmış küçük blok örnekler laboratuvarda metal bir kanala yerleştirildikten sonra (Şekil 2.18c) Schmidt çekici uygulanmalıdır (ISRM, 1981). Şekil 2.18 Schmidt çekici deneyinin: (a) arazide süreksizlik yüzeyinde; (b) tünelde farklı konumlarda ve (c) laboratuvarda yapılması. (Ulusay ve Sönmez, 2007).

42 Süreksizlik Yüzeylerindeki Su Durumu Kaya kütlelerinde suyun sızması, birbirleriyle bağlantılı süreksizlikler boyunca oluşan akışla gerçekleşir. Süreksizlikler boyunca sürekli bir su akışının olması kaya kütlesinin ve süreksizliklerin mekanik ve hidrojeolojik özellikleri değiştirebilir (Şekil 2.19a). Aynı zamanda süreksizlik yüzeyleri arasında oluşan su basıncı normal gerilmeyi ve buna bağlı olarak makaslama dayanımını azaltır (Şekil 2.19b) veya yüksek normal gerilmeler altında süreksizliklerin hidrolik iletkenliği azalır (Şekil 2.19c). Kaya kütlelerinin hidrojeolojik özelliklerinin tayini amacıyla sondaj yapılmasının ve bu sondajlar boyunca pompaj ve izleme deneyleri gibi arazi deneylerinin gerçekleştirilmesinin yanı sıra, yeraltısuyu tablasının belirlenmesi, piezometre yerleştirilmesi vb. türdeki uygulamalar yaygındır (Ulusay ve Sönmez, 2007). Bununla birlikte, kaya mühendisliği çalışmalarının ilk aşamalarında genellikle pek fazla sondaj yapılmadığı için, hidrojeolojik özellikler başlangıçta daha çok gözleme dayalı tanımlamaları esas alan ölçütlerle belirlenir. Bu amaçla ISRM (1981) tarafından önerilmiş olan ve kazı aynalarında yapılacak gözlemleri esas alan su sızıntısıyla ilgili tanımlamalardan yararlanılmaktadır. Dolgusuz ve dolgulu süreksizlikler için önerilen bu tanımlamalar Tablo 2.11'de verilmiştir. Ayrıca dolgusuz ve dolgulu süreksizlikler için su sızıntılarını sınıflama ve tanımlama ölçütleri Tablo 2.12 de verilmiştir. Şekil 2.19 Kaya kütlelerinde süreksizlikler boyunca su akışı ve olası etkileri (Hudson, 1989).

43 32 Tablo 2.11 Dolgusuz ve dolgulu süreksizlikler için su sızıntılarını sınıflama ve tanımlama ölçütleri (ISRM, 1981). Sızıntı Tanımlama sınıflaması DOLGUSUZ SÜREKSĠZLĠKLER 1 Süreksizlik yüzeyi kapalı ve kuru, su akışı gözlenmiyor 2 Süreksizlik yüzeyi kuru' ve suyun aktığına ilişkin bir gösterge yok 3 Süreksizlik yüzeyi kuru, ancak suyun akmış olduğuna ilişkin izler (yosunlanma gibi) var 4 Süreksizlik yüzeyi nemli, ancak su akışı yok 5 Süreksizlik yüzeyinde damlalar halinde sızıntı var, ancak sürekli bir akış gözlenmiyor Süreksizlik yüzeyi boyunca sürekli bir su akışı var (lt/dk olarak ölçülebilir veya basınç düşük, orta 6 ve yüksek şeklinde tanımlanabilir) DOLGULU SÜREKSĠZLĠKLER Dolgu malzemesi aşırı konsolide olmuş malzemeden oluşuyor ve geçirgenliğinin az olması 1 nedeniyle önemli derecede su akışı görülmüyor 2 Dolgu ıslak, yer yer su damlacıkları gözleniyor 3 Dolgu malzemesi su damlalarıyla ıslanmış 4 Dolgu malzemesinin yıkanmış-ıslanmış olduğuna ilişkin izler ve sürekli su akışı gözleniyor Dolgu malzemesi yerel olarak yıkanmış-taşınmış ve yıkanma kanalları boyunca dikkate değer 5 miktarda su akışı var 6 Dolgu malzemesi tamamen taşınmış, su basıncı yüksek Tablo 2.12 Kaya kütleleri için su sızıntılarını sınıflama ve tanımlama ölçütleri (ISRM, 1981). Sızıntı sınıflaması Tanımlama 1 Süreksizlik yüzeyleri kuru, sızıntı yok 2 Çok az sızıntı gözleniyor 3 Orta derecede akış, sürekli akışın gözlendiği süreksizlikler belirlenmeli 4 Önemli miktarda akış gözlenen süreksizlikler belirlenmeli 5 Ender olarak yüksek miktarda su akışı gözleniyor Süreksizliklerin Yönelimi ve Süreksizlik Takımı Kavramı Süreksizliklerin uzaydaki konumları, özellikle genel jeoloji çalışmalarında esas alınan eğim ve doğrultuları parametreleriyle tanımlanır. Eğim ve doğrultu ise jeolog pusulası vasıtasıyla ölçülmektedir (Şekil 2.20). Fakat arazi uygulamalarında

44 33 zamandan tasarruf amacıyla, doğrultu yerine eğim yönünün ölçülmesi tercih edilmektedir. Bir süreksizlik düzleminin yatay düzlemle yaptığı açıya eğim denilmektedir. Kuzeyden itibaren saat yönünde ölçülen ve kuzey yönü ile eğim çizgisinin yatay düzlemdeki izdüşümü arasındaki açı ise, eğim yönü olarak tanımlanır (Şekil 2.21a). Doğrultu ve eğim yönü arasında 90 'lik bir fark vardır (Şekil 2.21b). Eğim ve eğim yönü, klasik jeolog pusulasından biraz farklı olan pusulalarla ölçülür (Şekil 2.22a). Bu pusulalarla eğim, pusulanın sırtındaki tamburdan, eğim yönü ise iç kadrandan ölçülmektedir (Şekil 2.22b). Arazide ölçülen süreksizlik yönelimi verileri ise, grafiksel olarak "gül diyagramları ve histogramlar" ve "stereografik izdüşüm" teknikleriyle değerlendirilir. Şekil 2.20 Bir süreksizlik düzleminin yöneliminin pusula ile ölçümü (Ulusay ve Sönmez, 2007).

45 34 Şekil 2.21 (a) Doğrultu, eğim ve eğim yönü kavramlarını gösteren blok diyagram ve (b) doğrultu ve eğim yönü arasındaki ilişkiye bir örnek (Ulusay ve Sönmez, 2007). Şekil 2.22 (a) Eğim ve eğim yönünün ölçümü, (b) eğim ve eğim yönünü ölçen pusula (Cocla Compas) ve (c) aynı pusulanın verileri depolayabilen elektronik donanımlı dijital modeli. (Ulusay ve Sönmez, 2007) Kaya Malzemesi Mekanik Özellikleri Kayaçların çoğunun yapıları, kristalin ve amorf parçacıkların çimentolu materyal ile birleşmelerinden oluşmuştur. Kalkerlerin bir kısmında olduğu gibi kristallerin kimyasal bileşimleri oldukça homojen olmalarına karşın, granitlerde olduğu gibi kristalin parçalar homojen değillerdir.

46 35 Kayaçların mekanik özelliklerinin incelenmesi bu kristallerden başlar. Kristallerin arasındaki sınır yüzeyleri o kayacın zayıflıklarını oluşturur. Onlar olmasaydı kayaçlar küçük ölçüde (iki komşu çatlak arası) devamlı sayılabilirdi. Kristallerin kendilerinin boyut ve şekil değiştirmeleri (deformasyon) onların oluşturduğu kayaçların maruz kaldığı gerilmelerin meydana getirdiği deformasyonların açıkça görülen sonuçlarıdır. Geniş ölçüde, kırıkların, çatlakların, tabakalaşma düzlemlerinin ve küçük atımlı fayların varlığı, kayaç kitlelerin devamlılığını ortadan kaldıran problemler doğurmaktadır. Bir kayaç kütlesinin içinde rastlanan bu arızalar, kayaç kütlesine göre küçük boyutta iseler, onların etkisi sadece kayaç kütlesinin mekanik özelliklerini biraz değiştirmek olacaktır. Kayaç kütlesi yine de devamlılık gösterecektir. Eğer bu arızalar büyük çapta iseler, aralarında kalan blokların her bir bütün kayaç kütlesinin bir parçası olarak ele alınmalıdır. Bir kayaç kütlesine uygulanan yükler genellikle ağırlık (yerçekimi) yükleri olup basınç gerilmeleri doğurur. Bu koşullar altında, bir kayaç kütlesinin mekanik özellikleri ve devamlılığı, içinde bulunan kırık ve çatlakların yüzeysel sürtünme dayanımlarına bağlıdır. Eğer bu kırık ve çatlak yüzeylerin hiç birinde kayma olmayacaksa, bu kayaç kütlesi, yaklaşık olarak devamlı bir ortam kabul edilebilir ve kayaçtan alınan deney parçasının ortalama özellikleri kayaç kütlesini temsil edebilir. Bu gerilme değişimine maruz kalan bir kayaç kütlesinin davranışı iki faktöre göre değişir. a) Kayaç kitlesini oluşturan kayacın mekanik özellikleri b) Kayaç kitlesinde bulunan süreksizliklerin (kırık, eklem, faylar) sayısı ve niteliği. Bu faktörlerin önemlilik dereceleri, yapılacak yapının boyutları ile kayaç kitlesinde bulunan süreksizliklerin aralıkları, mesafeleri arasındaki orantıya göre

47 36 değişir. Baraj temelleri ve geniş yeraltı boşluklarının kazılmasında, bu süreksizlikler büyük önem taşır. Arızalı bir jeolojik malzemede, genel olarak kayaçların en önemli mekanik özellikleri olan aşağıda sıralanmış özellikler kontrol edilmelidir. Bunlar; a) Dayanım b) Deformasyon c) İndeks özellikleri Yeraltı ve açık ocak çalışmalarında, mekanik özellikler daha çok dayanım özellikleriyle ilişkilidir ve kayaç özellikleri kayaç derinliği ile değişir. Kaya mühendislik dizaynlarında, kaya dayanım özelliklerinin ve elastik sabitlerinin bilinmesi gerekmektedir. Mühendislik uygulamalarında dayanım, verilen çevrede bir kopmaya sebep olacak birim alana düşen kuvvet olarak kabul edilebilir. Dayanım özelliklerine kayacın nicel ve nitel bileşimi kayacın sürekliliği ve aşağıdaki diğer faktörler etki eder. a- Kayacın tipi, b- Kayacın yeri ve çevresi c- Her bir mineralin iç dayanımı, d- Kayaç mineral tanelerinin birbiriyle bağı, e- Nem içeriği f- Eklem, çatlak ve her türlü boşluklar, g- Deney yöntemi h- Deney hızı ı- Süre

48 37 Kayaç dayanımı, bozulmamış kayaç örneklerinin üzerinde yapılan laboratuvar deneyleri ile saptanabilir. Bu deneyler her yerde kolaylıkla yapılabilmekte ve yorumlanabilmektedir. Bu bölümde kaya malzemesi dayanım ve indeks özelliklerinden, Kaya Yapısı İndeksi (KYİ) kapsamında kullanılan deneyler verilecektir Tek Eksenli Basma Dayanımı Sondaj karotlarından hazırlanan silindirik kayaç numuneleri üzerine uygulanan en yaygın deney tek eksenli basınç deneyidir. Bu deney kayaçların, tek eksenli basma dayanımları, c,ve elastik sabitlerin (Youngs Modülü, E, Poisson s oranı..) belirlenmesinde kullanılır. Kayacın tek eksenli basma dayanımı, kaya kütle sınıflandırmasında kullanılır ve kaya kütlesi dayanımında temel parametredir. Şekil 2.23 te deneyde kullanılan pres görülmektedir. Kayaçların tek eksenli basma dayanımlarının belirlenmesinde uygulanacak deney yöntemi ISRM tarafından verilmiştir (ISRM, 1978). Önerilen başlıca deney koşulları aşağıdaki gibidir. a) Deney numunesi tam bir silindir olmalı, boy/çap oranı 2,0-3,0 arasında ve çapı NX karot çapından daha küçük olmamalı (yaklaşık 54mm). Numune çapı en büyük kayaç tanesinin en az 10 katı olmalıdır. b) Numunenin alt ve üst yüzeyleri 0,02mm hassasiyette düz olmalı ve numune eksenine diklikleri 0,001 rad veya 50 mm için 0,05 mm hassasiyette olmalıdır. c) Numune ile deney plakaları arasında herhangi bir madde olmamalıdır. d) Numuneler en fazla 30 günlük olmalı ve deney anına kadar doğal su içeriklerini muhafaza etmeleri sağlanmalıdır. e) Numunenin yan yüzeyi pürüzsüz olmalı ve düzgünlüğü boyunca 0,3 mm.'den daha küçük bir hassasiyete sahip olmalıdır. f) Numunenin çapı, üst, orta ve alt kısımlarında ve her kısımda en az iki okuma yapılarak hassas olarak ölçülmelidir. Numunenin yüksekliği 1 mm. hassasiyetle okunmalıdır. g) Numune üzerine uygulanan yük belirli bir seviyede olmalı (0,5-1,0 Mpa/saniye). h) Eksenel yük ve eksenel ve çapsal deformasyonlar deney sırasında ölçülmelidir.

49 38 i) En az 5 numune üzerinde deney tekrarlanmalıdır. Şekil 2.23 Tek eksenli basma dayanımını belirlemede kullanılan 300 ton basınç verebilme özelliğine sahip pres Basit bir deney olmasına rağmen, test sonuçlarının yorumlanmasında büyük bir özen ve hassasiyet gösterilmelidir. Elde edilen sonuçlar, kayacın doğal yapısına, bileşimine ve deneyde kullanılan numunelerin özelliklerine bağlıdır. Aynı mineral bileşiminde, c (tek eksenli basma dayanımı) porozite, ayrışma derecesi ve mikro çatlak durumuna göre değişebilir. Örneğin artan porozite, ayrışma derecesi ve mikro çatlaklı numunede c azalır, ayrıca artan su içeriği ile c düşebilir. Yukarıda belirtilen sebeplerden dolayı (farklı prozite, su içeriği), aynı jeolojik isme sahip kayaç numunelerinin tek eksenli basma dayanımı farklılıklar gösterebilir.

50 39 Örneğin, kum taşının tek eksenli basma dayanımı, tane boyutu, yoğunluk, taneler arasındaki çimentolanma durumuna, ve kayacın oluşumundaki ve daha sonra maruz kaldığı basınç. ve sıcaklık seviyesine göre farklılık gösterir. Fakat yine de kayacın jeolojik ismi o kayacın mekanik davranışı hakkında kabaca da olsa bazı niteleyici değerler verir. Örneğin bir kuvars numunesi klivaj nedeniyle anisotropik davranış göstereceğinden, kuvarsın çok sağlam ve kırılgan olduğu tahmin edilebilir. Buna benzer özelliklerin bazı kayaçların tipik karakteristiklerini ifade etmelerine karşın, kayaçların sadece jeolojik tanımlarına göre mekanik özelliklerinin belirlenmesi oldukça tehlikeli ve yanlıştır. Basma dayanımı, üzerine uygulanan basma yüklerine karşı kayaların kırılmadan önceki dayanma yeteneği olarak tanımlanır. Bu deneyde amaç, düzgün geometrik biçimli kaya örneklerinin (silindir veya prizma şeklinde) tek eksenli veya düşey olarak uygulanan yükler altındaki dayanım sınırının bulunmasıdır. Kayaların basma dayanımı, hem sınıflama hem de tasarım için gereklidir. Tek eksenli basma deneyinden kayacın içsel sürtünme açısı ( ) ve kohezyonu (C o ) yaklaşık olarak bulunabilir. Tablo 2.13 te Kayaçların tek eksenli basma dayanımlarına göre sınıflandırılmaları verilmektedir. Tablo 2.13 Kayaçların tek eksenli basma dayanımlarına göre sınıflandırması Dayanım MPa Çok Zayıf < 1.6 MPa Zayıf MPa Orta 5-16 MPa Sağlam MPa Çok Sağlam > 50 MPa Nokta Yük Dayanımı Nokta yükleme dayanımı testi hem düzgün silindirik karot numuneleri üzerinde hem de düzensiz şekilli numuneler üzerinde uygulanabilir. Bu deney tek eksenli basma dayanımının tahmini olarak bulunmasına yardımcı olur. Bu yüzden kayaç

51 40 karakteristiklerinin yaklaşık olarak bulunmasında ve kayaçların sınıflandırılmasında kullanılır. -Çap Deneyleri Bu deney için numunenin L/D oranı 1'den büyük olmalıdır. Numune nokta yükleme aletine yerleştirilir ve aygıtın konik paletleri çap boyu doğrultusunda numuneye değecek şekilde kapatılır. Yükleme yapılan iki nokta arasındaki mesafe ölçülür. Numune üzerindeki yük devamlı olarak yükseltilerek numunenin sn. içerisinde kırılması sağlanır ve kırılma anındaki yük kaydedilir. -Eksenel Deneyler Eksenel deney için numunelerin L/D oranı 0,3-1,0 arasında olmalıdır. Uzun numuneler olması durumunda numune boyunca çap deneyleri yapılarak, eksenel deneyler için uygun numuneler elde edilebilir. Diğer işlemler çap deneyindeki gibidir. Düzeltilmemiş nokta yükleme dayanımı, I s : I s = P D 2 (kpa) D=Numune çapı (mm.) P=Kırılma anındaki yük (kn) Büyüklük veya çap düzeltme katsayısı, F: D F= ( ). A 0 45 A= 50 mm.

52 41 Düzeltilmiş nokta yükleme dayanımı indeksi, I s(50) : I s(50) = F. I s Ortalama I s(50) değerini bulmak için yapılan deney sonuçlarından en yüksek ve en düşük iki değer atılarak geri kalanın ortalaması bulunur. Basma ve çekme dayanımının hesaplanması: Ortalama olarak basma dayanımı, I s(50) değerinin katıdır. Kaba bir değerlendirmeyle I s(50), çekme dayanımının 0,8 katı olarak bulunmuştur. Tek eksenli basma dayanımı= 24. I s(50) Tek eksenli çekme dayanımı= I s(50) 0, Schmidt Sertliği Schmidt sertliği, schmidt çekici ile bulunan bir indeks değeridir. Schmidt çekici silindirik kapalı bir kutu içinde bulunan yay, çekiç ve çekiç kurma düzeneğinden oluşur. Ölçme yapılırken alet gövdesi dik olarak kayaç üzerine bastırılır. Yay ile hareket kazanan çekiç darbeyi kayaca ileten uca çarpar ve geri zıplar. Zıplama değeri indeks değeri olarak saptanır. Alet, hem arazide hem de laboratuvarda kullanılabilir. Laboratuvar örnekleri 152x76 mm. boyutunda olmalı ve aynı örnekte 20 defa denenmelidir. Tablo 2.14 te Schmidt Çekici değerlerine göre kaya sertliği tasvirleri, Şekil 2.24 te ise deneyde kullanılan Schmidt Çekici görülmektedir. Tablo 2.14 Schmidt Çekici değerlerine göre kaya sertliği tasviri (ISRM, 1978) Schmidt Çekici Değeri (Value) Tasvir Terimi (Descriptive Term) 0-10 Yumuşak (Soft) Az Yumuşak (Slightly Soft) Az Sert (Slightly Strong) Sert (Strong) Oldukça Sert (Very Strong) 60 Çok Sert (Extremely Strong)

53 42 Şekil 2.24 Schmidt Çekici Disk Makaslama Dayanım İndeksi Deneyi (Block Punch İndex) Bu deney; standartlara uygun şekilde örnek hazırlanamayan ve özellikle zayıf, kırıklı ve içerdiği sık aralıklı süreksizlikler nedeniyle dilimler halinde ayrılabilen kayaçlardan hazırlanmış disk şeklindeki örneklerin disk makaslama dayanım indeksi (Block Punch Strength Index, D.M.D.İ.)'nin tayin edilmesi ve D.M.D.İ. değerinden tek eksenli sıkışma dayanımının belirlenmesi amacıyla yapılır. Kaya dayanımı, özellikle tek eksenli sıkışma dayanımı, kaya kütlesi sınıflama sistemlerinde ve değişik türde kaya mühendisliği tasarımlarında önemli bir parametredir. Dayanımın tayini için standartların veya önerilmiş yöntemlerin önerdiği boyutlarda silindirik örneklerin hazırlanması gerekmektedir. Ancak kayaların sık aralıklı tabakalanma, lamina, şistozite yüzeyi vb. gibi süreksizliklerle bölünmüş olması halinde, dayanım deneyleri ve hatta nokta yükü dayanım indeksi deneyi için bile uygun boyutlarda örnek hazırlanamamaktadır. Yukarıda belirtilen örnek hazırlamayla ilgili güçlük ve sınırlamaları giderebilecek ve daha küçük örneklerin kullanılabileceği indeks deneyler her zaman ilgi çekici olmuştur. Bu amaçla, Hollanda'nın Delft Üniversitesi'nde yapılan bir düzenekle D.M.D.İ. deneyi ilk kez gündeme gelmiştir (Schirer,1988). Ancak ince disk şeklindeki örneklerin kullanıldığı bu araştırmada, az sayıda kaya türü üzerinde

54 43 çalışılmış ve deneyde örnek boyut etkisi ile BPI'nın kullanım alanları dikkate alınmamıştır. Çalışmalar sonucunda, diğer indeks deneylerle karşılaştırıldığında, tek eksenli sıkışma dayanımının D.M.D.İ.'den daha az bir hata payıyla dolaylı olarak belirlenebileceği ortaya konmuştur. Ayrıca bu deneyde boyut düzeltme faktörleri ve kaya malzemesinin dayanıma göre sınıflandırılmasında D.M.D.İ.'nin alternatif bir parametre olabileceği de önerilmiştir. Şekil 2.25 te deney düzeneği, Şekil 2.26 da ise deney numuneleri gözükmektedir. Şekil 2.25 Yükleme başlığı, düzenek ve kırılmış numune Şekil 2.26 D.M.D.İ deneyinde düzenli kırılan ve düzensiz kırılan numuneler

55 Suda Dağılma Dayanımı Suda dağılma dayanımı testi, su içinde gevşetilip parçalara ayrılmış kayaç parçalarının direncini tayin etmek amacıyla kullanılır. Bu teknik hava şartlarından dolayı açık tip madencilikte ve yayılmalarında kayaç özelliklerinin bozulmasını tespit etmek için en az diğer uygulamalar kadar önemli imkânlar sağlar. Bu deney sırasında her biri gr ağırlığında toplam ağırlığı gr gelecek şekilde tüm numuneyi temsilen 10 tane numune seçilir. Tamburun kuru ve temiz ağırlığı "A" kaydedilir. Seçilen numuneler tambura yerleştirilir ve 105 C'de sabit ağırlığa kadar kurutulur. Tambur ve numunelerin toplam kuru ağırlığı "B" kaydedilir. Tambur milinin seviyesine kadar akışkanla doldurulur. Test 10 dakikalık bir periyot için harekete geçirilir. Periyot sonunda tambur kaldırılır ve tertibat, numunelerle birlikte 105 C 'de sabit ağırlığa kadar kurutulur. Bu kurutma sonrasındaki ağırlık "C" kaydedilir. Suya dayanıklılık indeksi, başlangıçtan kuru numuneye doğru % oran olarak hesaplanır. I d = W C F 100 B - C Burada ; I d : Suya dayanıklılık indeksi B : İşlem başlamadan önce tambur ve numunenin toplam kütlesi (gr) W F : Tambur ve deney sonunda elek üstünde kalan fırında kurutulmuş numunenin deney sonundaki kütleler toplamı (gr) C : Tambur kütlesi (gr) Ağırlık bulmada diğer bir yöntem ise, tambur ve tertibatı hariç tutmaktır. Bu durumda numuneleri kuruma tepsisine taşırken numune kaybını önlemek gerekir. Dağılma dayanım sınıflandırılması Tablo 2.15 te görülmektedir.

56 45 Tablo 2.15 Dağılma dayanım sınıflandırması İndeks Değeri ( % ) Dağılma Dayanım Sınıflaması 0-30 Çok düşük Düşük Orta derecede Orta yüksek Yüksek Çok yüksek 2.3 RQD nin Kaya Kütle Karakterizasyonundaki Rolü Karot üzerinde 10 cm.'den daha uzun olan karot parçalarının toplamının karot uzunluğuna olan oranına denir. Yüzde olarak ifade edilir. Kayaçların bu değere göre sınıflandırılması aşağıda verilmiştir. Tablo 2.16 Kaya kalite göstergesine göre kaya sınıflandırması Kaya kalitesi RQD= K.K.G. (%) Çok zayıf 0-25 Zayıf Orta İyi Çok iyi Pratik tecrübeler çatlak aralığının RQD ile birlikte kayanın niteliği ve onun yükleme ve hafriyata karşı olası uyumu hakkında faydalı bilgiler verebileceğini göstermiştir. Yine de elde edilen rakamlar nitelikçe yol gösterici olarak irdelenmeli, ancak kararların dayanacağı kesin değerler olarak kabul edilmemelidir. 2.4 Boyut Etkisi Bu kısımda Şekil 2.23'de görüldüğü üzere kaya kütlesini değerlendirirken sadece kaya kütlesinin kalitesini kazı boyutu olmaksızın değerlendirmenin yanlışlığı

57 46 belirtilmek istenmiştir. Eklemli kaya kütlesi ortamında yeraltı açıklığının boyutu büyüdükçe, kaya malzemesinin barındırdığı süreksizliklerden dolayı oluşan blokların boyutunu aşacağı için karşılaşılan zorluklar 4 numaralı açıklıkta açıkça görülmektedir. Burada açıklığın stabilitesi açıklığın boyutu ve kaya kütlesinin davranışıyla denetlenmektedir. Dolayısıyla bu örnek, tasarım parametreleri seçiminin tasarımdaki önemini vurgulanmaktadır Şekil 2.27 Kazı boyutlarının artışıyla kaya kütlesi kavramının önem kazanmasını gösteren şematik kesit (Ulusay ve Sönmez, 2007). 2.5 Yapısal Özellik Yapısal özellik, GSI sistemine 1999 yılında Sönmez ve Ulusay tarafından eklenmesi önerilmiştir. Aşağıdaki çizelgeden de görülebileceği gibi incelenen kaya kütlesinin kalitesi arttıkça, Yapısal Özellik Puanı artmaktadır. Diğer bir deyişle, m 3 başına düşen çatlak sayısı azaldığında kaya kütlesi ve yapısal özellik puanı artmaktadır. M 3 başına düşen çatlak sayısı arttığında ise kaya malzemesi kalitesi ve buna bağlı olarak Yapısal Özellik Puanı düşmektedir.

58 47 Şekil 2.28 Yapısal özellik puanı çizelgesi (Sönmez ve Ulusay, 1999 dan düzenlenmiştir). 2.6 Örselenme Faktörü GSI ölçütünü geliştirenler tarafından daha önce dikkate alınmayan örselenme faktörü, ölçütün son versiyonuna dahil edilmiş ve Eşitlik 2.5'de "D" simgesiyle gösterilmiştir. "D", patlatma hasarı ve kazı sırasında gelişen gerilme boşalmasına maruz kalan kaya kütlesinin örselenme derecesine bağlı bir faktördür. "D" faktörü, örselenme koşulu için daha önce Sönmez ve Ulusay (1999) tarafından önerilen b m ve b s parametreleriyle benzerlik taşımaktadır. Bu faktör, örselenmemiş kaya kütlesi için sıfırdan örselenmiş kaya kütlesi için l'e kadar değişen değerler almakta olup, D'nin seçimi için önerilmiş kılavuz Tablo 2.14' te verilmiştir. - - (2.5) m b parametresi de yeni versiyonda GSI'nin tüm değerleri dikkate alınabilecek şekilde düzenlenerek aşağıdaki ifadeyle verilmiştir.

59 48 (2.6) Gerek Sönmez ve Ulusay (2002), gerekse Hoek vd. (2002) tarafından yapılan ölçütle ilgili değişiklik önerileri Tablo 2.14'te ve grafik olarak Şekil 2.29'da karşılaştırılmıştır. Şekil 2.29a, GSI=30 değerinde her iki değişiklik önerisine göre hesaplanan "a" değeri için en fazla % 4'lük bir fark sözkonusu olup, GSI-a ilişkileri her iki öneride de oldukça benzerdir.

60 49 Tablo 2.17 Örselenme faktörü D'nin tahmini için kılavuz (Hoek vd., 2002). Kaya kütlesinin görünümü Kaya kütlesi tanımı Önerilen D değeri Yüksek kaliteli denetimli patlatma veya tünel açma makinesiyle yapılan kazı tüneli çevreleyen kaya kütlesinde en düşük derecede örselenmeye neden olur. D = 0 Düşük kaliteli kaya kütlelerinde (patlatma yapılmamış) mekanik olarak veya elle yapılan kazı, tüneli çevreleyen kaya kütlesinde en düşük derecede örselenmeye neden olur. Sıkışan zemin sorunu önemli derecede taban kabarmasına yol açar ve soldaki fotoğraftaki gibi geçici bir taban betonu dökülmediği takdirde önemli düzeyde örselenme olur. D = 0 D = 0,5 Taban betonu yok Çok kötü kaliteli patlatma sert kaya tünellerinde çevre kayasının 2-3 m içine nüfuz edecek şekilde şiddetli yerel hasara neden olur. D = 0,8 İnşaat mühendisliğiyle ilgili şev kazılarında küçük ölçekli patlatma kaya kütlesinde orta derecede hasara neden olur; özellikle denetimli patlatma yapılırsa kaya kütlesinin görünümü soldaki fotoğraftaki gibidir. Bununla birlikte, gerilme boşalımı da bir miktar örselenme yaratır. D = 0,7 İyi patlatma D= 1,0 Kötü (zayıf) patlatma Çok uzun açık işletme şevleri, üretim amaçlı aşın patlatmadan ve örtü kazısı nedeniyle oluşan gerilme azalımından dolayı önemli düzeyde örselenmeye maruz kalırlar. Daha yumuşak bazı kayalarda kazı işlemi riperleme ve dozer ile yapılabilir ve bu durumda şevin maruz kalacağı örselenmenin derecesi daha düşük olur. D= 1,0 Üretim patlatması D = 0,7 Mekanik kazı

61 50 Şekil 2.29 Ölçütün 2002 yılındaki son versiyonu için Hoek vd. (2002) ile Sönmez ve Ulusay (2002) tarafından önerilen değişikliklerin karşılaştırılması: (a) GSI-a ilişkisi; (b) örselenme faktörleri ve (c) drd ilişkisi (Sönmez ve Ulusay, 2002'den). 2.7 Blok Boyutunun Etkisi Blok boyutu kaya kütlelerinin davranışının önemli bir göstergesi olup, süreksizlik aralığı, takım sayısı ve yönelimi gibi faktörler oluşan blokların şeklini tayin eder. Blok büyüklüğüne ve şekline göre ISRM (1981) tarafından kaya kütleleri için önerilen gruplandırma ve tanımlamalar aşağıda, bu tanımlamalara esas olan kaya kütlelerinin arazideki görünümleri ise Şekil 2.30'da verilmiştir.

62 51 (a) Masif: Birkaç süreksizlik veya çok geniş aralıklı süreksizlikler içeren kaya kütleleri, (b) Bloklu: Yaklaşık eş boyutlu bloklardan oluşan kaya kütleleri, (c) Yassı/plaka: Bir boyutu diğerlerine göre daha küçük olan blokları içeren kaya kütleleri, (d) Kolonsal: Bir boyutu diğer iki boyutundan daha büyük bloklardan oluşan kaya kütleleri, (e) Düzensiz: Blok boyutunda ve şeklinde belirgin farklılıklar gözlenen kaya kütleleri, (f) Parçalanmış: Çok sık eklemli (şeker kübü şeklinde) kaya kütleleri. Şekil 2.30 (a) Bloklu, (b) düzensiz, (c ) yassı/plaka ve (d) kolonsal yapıya sahip kaya kütleleri (ISRM, 1981'den).

63 52 Blok boyutu ve bloklar arası makaslama dayanımının ortaklaşa etkisi, belirli gerilme koşulları altındaki kaya kütlelerinin mekanik davranışını denetler. Geniş bloklardan oluşan kaya kütleleri daha az deformasyona uğramaya eğilimli olup, örneğin yeraltı açıklıklarında iyi bir kemerlenme ve kenetlenme gösterirler. Blok boyutunun küçülmesiyle yeraltı açıklığının tavanındaki ve yan duvarlarındaki tetrahedral blokların serbest kalıp yerçekiminin etkisi altında düşmesi veya süreksizliklerin kesişme hattı boyunca kayması sonucu duraysızlık gelişebilir (Şekil 2.31 a). Şevlerde ise, kaya kütlesinin küçük boyutlu bloklardan oluşması koşulunda, süreksizlik denetimli duraysızlıklar yerine, toprak zeminlerde olduğu gibi, dairesel bir duraysızlık türü ile karşılaşılmaktadır (Şekil 2.31 b). Blok boyutu; tipik blokların ortalama boyutuyla (blok boyutu indeksi, h) veya bir kaya kütlesinde birim hacimde gözlenen süreksizliklerin toplam sayısıyla (hacimsel eklem sayısı, J v ) tanımlanır. Ayrıca ağırlıklı eklem yoğunluğu (wj d ) da benzeri amaçla kullanılan diğer bir parametredir. Şekil 2.31 Süreksizlik seti; sayısının ve süreksizlik aralığının artmasının kaya kütlelerinde yapılan mühendislik uygulamalarında duraysızlık modeli üzerindeki etkilerine örnekler: (a) tünellerde blok oluşumu (Hudson, 1989) ve (b) şevlerde kütlesel (dairesel) yenilme (Ulusay, 1991)

64 BÖLÜM ÜÇ YENĠLME KRĠTERLERĠ Kayaların belirli gerilme şartları altında ya iki ya da çok parçaya ayrılarak kırıldığı veya belli bir sınırın üzerinde kalıcı deformasyona uğrayarak yenildiği tanımı daha önce belirtilmişti. Yenilmenin olabilmesi için kayanın etkisinde kaldığı gerilmenin kayanın dayanımından daha büyük olması gerekir. Diğer bir deyişle, kaya dayanımının aşılması şartı aranır. Bu şartın oluşması için de gerilmeler arasındaki farkın -deviatorik gerilme- en büyük olması gerekir. Veya kesme gerilmesinin en büyük olması gerekir. Kayaya etkiyen gerilmenin yönü basma veya çekme şeklinde olabilir. Ayrıca gerilmeler, tek eksenli olabileceği gibi üç eksenli de olabilir. Yenilmede en önemli iki parametre, gerilme ve deformasyondur. Tasarım aşamasında bunlardan en az biri girdi olarak kullanılır. Kaya maddeleri ve/veya kütleleri için aynı anda geçerli olabilecek bir kriter henüz yoktur. Daha önce de belirtildiği gibi, kayalar oldukça heterojen, gevrekten sünümlüye kadar değişen özellikler göstermektedir. Bu nedenle pek çok araştırmacı tarafından çok sayıda yenilme kriterleri geliştirilmiştir. Bunlar üç ana grup altında toplanırlar: Teorik, Fiziksel, Görgül (Empirik). Bu bölümde bu kriterlerden kayalar için yaygın olarak kullanılanlar anlatılacaktır. 3.1 En Büyük Normal Gerilme Kriteri Kaya üzerine etkiyen asal gerilmelerden birisinin, kayanın çekme veya basma dayanımını aşması durumunda yenilmenin oluştuğunu belirten kriterdir. Matematiksel ifade ile, 3 - t çekmede kırılgan (gevrek) yenilme koşulu 1 c basmada yenilme koşulu 53

65 En Büyük Kesme Gerilmesi (Coulomb) Kriteri İki boyutlu yükleme durumunda, en büyük ve en küçük normal gerilmelerin farkının yarısı olan en büyük kesme gerilmesinin, ( 1-3)/2, kaya malzemesinin kesme dayanımını aşması halinde yenilme beklenir. Şekil 3.1 deki kesme gerilmesinormal gerilme ilişkisindeki yatay yenilme zarfının üzerine düşen gerilme durumları yenilme gösterirken altındakiler duraylıdır. Burada S 0 ; malzemenin kohezyonu, 1 ve 3 asal gerilmelerdir. Şekil 3.1 Coulomb Kriterinin Normal Gerilme-Kesme Gerilmesi Cinsinden Gösterimi. Bu kriterin asal gerilmeler cinsinden ifadesi de Şekil 3.2'de çizilmiştir. Şekil 3.2'deki doğrusunun (zarfının) üzerindeki gerilme durumları yenilmeyi verirken, ( 1= 3 ) doğrusunun altındaki gerilme durumları tanımsızdır. Çünkü, bu bölgede 3> 1 koşulu sağlanır ki bu durum bizim baştan kabul ettiğimiz en büyük asal gerilme 1'dir ilkesine uymaz. Bu iki doğrunun arasına düşen gerilme durumları ise durayılılık gösterirler.

66 55 Şekil 3.2 Coulomb Kriterinin Asal Gerilmeler Cinsinden Gösterimi. Coulomb yenilme kriteri ile ilgili olarak Şekil 3.3'ten de görüleceği üzere, yenilme zarfı (doğrusu) yatay olduğundan eğimi sıfırdır, dolayısıyla sürtünme açısı da sıfırdır. Bu kriterde sürtünmenin etkisi yoktur ve kaya örneği her koşulda en büyük asal eksenle her zaman 45 lik açı yaparak kırılır. Bu çok ideal bir durumdur ve pratikte gerçekleşmesi mümkün değildir. Dolayısıyla yenilmeyi tam temsil etmediği görülmektedir. Bu kriter, sürtünmeyi de içerecek şekilde modifiye edildiğinde eşitliği yazılır. Coulomb kriterinin asal gerilmeler cinsinden en genel yazılımını Şekil 3.3 te gösterilmiştir. Şekil 3.3 Sürtünmeli Coulomb Kriterinin Geometrik Gösterimi.

67 Mohr-Coulomb Kriteri Mohr kriteri; kesme gerilmesinin artarak belli bir kritik değere (kesme dayanımı), veya asal gerilmelerin en küçüğünün çekme dayanımına ulaşması halinde yenilmenin olacağını ifade eder. Bu durum matematiksel olarak aşağıdaki şekilde belirtilmektedir; veya Φ 3 - t a. Mohr dairelerine teğet olan doğruya Mohr Yenilme Zarfı Doğrusu denir. Bu doğrunun altında kalan kısım duraylı iken, üzerindeki kısım (kırılma) bölgesidir. b. Mohr kriteri kullanılarak, yenilme halindeki gerilme değerlerine ulaşılabilir (, ). c. Mohr kriteri kullanılarak, yenilme sırasındaki kırılma açısına ulaşılabilir. tanφ=µ olduğundan dolayı, Mohr kriterinin, sürtünmeli Coulomb kriterinin aynısı olduğu kolayca görülmektedir. Bu yüzden bu iki kriter birleştirilerek Mohr- Coulomb kriteri olarak anılmaktadır. 3.4 Griffith Kriteri Yenilme kriterlerinin en eskilerinden biri olarak bahsedilmekte olan bu kriter ve çekme dayanımını esas alır. Griffith kriterine göre, bir malzeme, çekme gerilmesine tabi tutulduğunda, içinde ucunda büyük gerilme yoğunlaşmaları oluşan mikro çatlaklar (Griffith çatlağı) oluşur. Bu çekme gerilmeleri söz konusu malzemenin çekme dayanımını geçerse çatlak oluşumuna sebebiyet verir ve çatlaklar büyüyerek yenilgiyle sonuçlanır.

68 57 Griffith kriteri hem asal gerilmeler hem de - cinsinden Şekil 3.4'te verilmiştir. Şekil 3.4 Griffith Yenilme Kriterinin Gösterimi. 3.5 Tresca Kriteri (En Büyük Kesme Gerilmesi) Tresca kriterine göre yenilme, ulaştığı durumda gerçekleşir. Bu kritere göre; değerine en büyük kesme gerilmesinin Burada, asal gerilme sapmalarını S 1 ve S 3 temsil etmektedir. Buna göre çekme ve basma durumlarında yenilme gerilmeleri her iki durum için de değeridir. Ancak, bu yaklaşım metaller için doğru kabul edilse de kaya malzemesi için uygun değildir (Tresca, 1968). 3.6 Von Mises Kriteri göre; Bu kriter, J 2 (gerilme sapma sabiti) değeri sabit alınarak tanımlanmıştır. Buna, ve

69 58 şeklinde tanımlanır. Daha çok metal üzerine yapılan çözümlemeler için uygun olan bu kriter çatlaklar üzerine yapılan deneysel çalışmalarda zaman zaman kullanılmaktadır. 3.7 Hoek ve Brown Görgül Yenilme Kriteri Hoek ve Brown (1980) yenilme kriteri, kaya kütlesinin yenilmesini temsil etmesi açısından önemli ve araştırmacıların deneyimlerine de dayanan görgül (empirik) bir kriterdir. Söz konusu araştırmacılar, deney verileri ile yenilmenin ve kaya davranışını irdeleyerek aşağıda verilen görgül ilişkiyi önermişlerdir (Şekil 3.5). Burada,, : yenilme anında uygulanmakta olan en büyük ve en küçük asal gerilmeler, : kaya maddesi tek eksenli basma dayanımı, m, s : kayanın özelliklerine, cinsine ve ve maruz kalmadan önceki süreksizliklerin derecesine bağlı istatistiksel parametrelerdir. Diğer bir deyişle, diğer kriterlerde olan sürtünme açısı ve kohezyonun karşılığı olarak denk gelmektedirler.

70 59 Şekil 3.5 Hoek ve brown empirik yenilme kriterinin gösterimi. 'm' ve 's' için kaya örnekleri çatlaklıysa ve m r ile S r biliniyorsa, çatlaklı kaya kütlesinin tek eksenli basma ve çekme dayanımları aşağıdaki formülden bulunur; ve Laboratuvar deneyleri ile belirlenen çatlaksız kaya maddelerinin tek eksenli basma dayanımlarının aksine kaya kütlelerinin basma dayanımları yukarıda verilen eşitliklerden hesap edilirler. Eşitliklerde kullanılan m i nin bazı kaya birimleri için önerilen pratik değerleri aşağıda Tablo 3.1 ve 3.2'de, kumtaşları ve silttaşları için önerilenler ise Tablo 3.3'te verilmiştir.

71 60 Tablo 3.1 Bazı kaya grupları için önerilen 'm i ' değerleri (Ünal ve Tutluoğlu, 1986). Kaya grupları ve tipik türler İyi gelişmiş kristal klivajı gösteren karbonatlı kayaçlar: Dolomit, Kalker, Mermer, vb. İnce taneleri çimentolanmış tortul kayaçlar: Çamurtaşı, Kiltaşı, Silttaşı, Şeyi, vb. (tabakalanmaya dik) İrice taneleri çimentolanmış, yüksek dayanımı olan kristalli, az gelişmiş klivaj gösteren tortul kayaçlar: Kumtaşı, Kuvarsit, vb. İnce taneli, çok mineralli, mağmatik kristalin kayaçlar: Andezit, Dolerit, Diyabaz, Riyolit, vb İri taneli, çok mineralli, mağmatik ve metamorfik kristalin kayaçlar: Amfibolit, Gabro, Gnays, Granit, Norit, Kuvarsdiorit, vb Hoek ve Brown (1980) m i Betournay ve diğer. (1991) m i 7 7,5 10 7, ,5 17 3,3 25 9,5 Tablo 3.2 Hoek ve diğer.(1992) tarafından bazı kaya türleri için belirlenen 'm i ' değerleri. Tane Boyutu İri Orta İnce Çok ince TORTUL METAMORFĠK MAĞMATĠK Karbonat Kırıntılı Kimyasal Karbonat Silikat A. renkli Koyu renkli Dolomit 10,1 Tebeşir 7,2 Kalker 8,4 Konglom. 20 Mermer 9,3 Gnays 29,2 Granit 32,7 Gabro 25,8 Norit 21,7 Kumtaşı Amfibolit Dolerit Çört 19,3 18,8 31,2 15,2 Silttaşı Kuvarsit Riyolit Andezit Bazalt Jips 15,5 9,6 23, ,9 17 Kiltaşı Anhidrit Sleyt 3,4 13,2 11,4 Tablo 3.3 Kumtaşları ve silttaşları için önerilen bazı 'm i ' değerleri. AraĢtırmacılar KumtaĢı SilttaĢı Hoek ve Brown (1980) 14,3 (6,4-27,3) 10,0* (--) Betournay ve diğer., (1991) 21 (6,8-22,8) 7,3* (--) Hoek ve diğer., (1992) 18,8 (--) 9,6 (--) Gerçek ve Müftüoğlu (1993)** 13,2 (7,4-25,5) 7,4 (3,9-9,1) (*)Tüm çimentolanmış tortul kayaçlar için önerilen değerler. (**)Zonguldak havzasından (Asma ve Gelik) alınan örnekler.

72 4.1 RMR Sınıflama Sistemi BÖLÜM DÖRT KAYA KÜTLE SINIFLAMA SĠSTEMLERĠ RMR Sınıflama Sistemi, ilk kez yılları arasında Bieniawski (1973) tarafından geliştirilmiştir. Bieniawski'nin o dönemde Güney Afrika Bilimsel ve Sanayi Araştırma Merkezi (CSIR)'nde çalışıyor olması nedeniyle, adı daha sonra "Kaya Kütlesi Puanlama Sistemi (Rock Mass Rating System - RMR)" olarak değiştirilen bu sistem, uygulamacılar tarafından uzun yıllar boyunca "CSIR Jeomekanik Sınıflama Sistemi" olarak anılmıştır. Sistemin geliştiricisinin uyarılarına rağmen, ancak 1980'lerin sonuna doğru RMR adının kullanımı yaygınlaşmıştır. Başlangıçta bu sistem, Bieniawski'nin sedimanter kayalarda açılmış tünellerde yaptığı gözlemler ve bu gözlemlerden kazandığı deneyimler esas alınarak geliştirilmiştir. Sistem, 1989'a kadar geçen 15 yıllık süre içinde yapılan gözlemler ve yeni veriler esas alınarak, birkaç kez değişikliğe uğramıştır. 1973'ten 1989'a kadar tüneller, büyük yeraltı açıklıkları, maden işletmeleri ile ilgili toplam 351 farklı uygulamadan derlenen veriler ve kazanılan deneyimler çerçevesinde sistem son şeklini almıştır. Sistemin zaman içerisinde sık sık değişikliğe uğraması, uygulamacıların bu değişiklikleri izleyebilmelerini ve bunlara kısa sürede uyum sağlamalarını güçleştirmiştir. Bu nedenle, daha sonraki dönemlerde bile zaman zaman sistemin eski versiyonlarının kullanıldığı görülmektedir Sistemin 1989'daki son versiyonu İlk önerildiği 1973'ten bu yana birkaç kez modifiye edilen sistem, 1989'da yapılan değişikliklerle (Bieniawski, 1989) son şeklini almış ve bu haliyle günümüze değin kullanıla gelmiştir. Bu dönemde sistemde yapılan başlıca değişiklikler ve getirilen yenilikler, -Kaya malzemesinin dayanımına, RQD'ye ve süreksizlik aralığı parametrelerine ait puanların, sınıflama parametreleri çizelgesinde verilen aralıkların yanı sıra, daha 61

73 62 duyarlı bir puanlama amacıyla yeni geliştirilen "parametre-puan" grafiklerinden doğrudan belirlenmesi, -Süreksizlik koşuluna ait; süreksizlik devamlılığı, aralığı ve pürüzlülüğü ile dolgu ve bozunmanın derecesi gibi parametrelerin ISRM (1981) tarafından önerilen tanımlamalara göre gruplandırılıp, her gruba ayrı puan verilerek daha duyarlı bir puanlamanın yapılması, -Özellikle yeraltı maden işletmeciliği amacıyla açılan galerilerde patlatma, faylara yakınlık ve gerilme değişimlerinin kaya kütlesi sınıf puanı (RMR) üzerindeki etkilerinin de dikkate alınması amacıyla bir dizi düzeltme faktörünün önerilmesi, -Uzun süreli gözlemler ve ölçümler esas alınarak, desteksiz durma süresi grafiğinin yeniden düzenlenmesi şeklinde sıralanabilir. RMR Sınıflama Sistemi nin son versiyonunun parametreleri ve düzeltme katsayıları aşağıda verilmiştir. Tablo 4.1 RMR Sınıflama Sistemi nin son versiyonu (kaya sınıfları ve puanları) (Bieniawski,1989). Sınıf No. I II III IV V Tanımlama Çok iyi kaya İyi kaya Orta kaya Zayıf kaya Çok zayıf kaya Puan <20 Tablo 4.2 RMR Sınıflama Sistemi nin son versiyonu (kaya sınıflarının bazı özellikleri) (Bieniawski,1989). Sınıf No. I II III IV V Ortalama desteksiz kalabilme süresi 15m açıklık 10m 5m açıklık için 20 yıl açıklık için 1 için 1 yıl hafta 2,5m açıklık için 10 saat 1m açıklık için 30 dakika Kaya kütlesinin kohezyonu (kpa) > < 100 Kaya kütlesinin içsel sürtünme açısı (derece) > <15

74 63 Tablo 4.3 RMR Sınıflama Sistemi nin son versiyonu (sınıflama parametreleri ve puanları) (Bieniawski,1989). 1* Kaya malzemesinin dayanımı Nokta yükü dayanım indeksi Tek eksenli sıkışma dayanımı 4-10 MPa 4-10 MPa 2-4 MPa 1-2 MPa > 250 MPa MPa MPa MPa Düşük aralıklar için tek eksenli dayanım 5-25 MPa 1-5 <1 MPa MPa Puan * Kaya kalite göstergesi, RQD (%) <25 Puan * Süreksizlik aralığı >2m 0,6-2m mm mm <60mm Puan Sürtünme 4** Süreksizlik koşulu izli Çok kaba Az kaba Az kaba yüzeyler Yumuşak fay yüzeyler yüzeyler yüzeyler veya fay dolgusu Sürekli değil Ayrılma Ayrılma dolgusu > 5 mm kalınlıkta Ayrılma yok < 1 mm. < 1 mm. < 5 mm veya açık Sert eklem Sert eklem Yumuşak veya 1- eklemler yüzeyleri yüzeyleri eklem 5 mm açık > 5 mm devamlı yüzeyleri eklemler, süreksizlikler sürekli eklemler Puan Yeraltısuyu Tünelin 10m'lik kısmından gelen su Eklemdeki su basıncı ORANI En büyük asal gerilme Yok 10 lt/dk < 25 lt/dk lt/dk > 125 lt/dk 0 0,0-0,1 0,2-0,5 >0,5 Genel koşullar Veya Veya Veya Veya Veya Puan Tablo 4.4 RMR Sınıflama Sistemi nin son versiyonu (tünelde süreksizlik eğim ve doğrultusunun etkisi) (Bieniawski,1989). Doğrultu tünel eksenine dik Doğrultu tünel eksenine paralel Eğim yönünde ilerleme Eğime karşı yönde ilerleme Eğim Eğim Eğim Eğim Eğim Eğim Hiç uygun Çok uygun Uygun Orta Uygun değil Orta değil Doğrultuya bakılmaksızın, eğim 0-20 arasında Orta Tablo 4.5 RMR Sınıflama Sistemi nin son versiyonu (süreksizlik yönelimine göre düzeltme) (Bieniawski,1989). Süreksizliklerin doğrultu ve eğimi Çok uygun Uygun Orta Uygun değil Hiç uygun değil Tüneller Puan Temeller Şevler

75 64 Tablo 4.6 Patlatma (A B ) ve başlıca zayıflık düzlemleriyle (A w ) ilgili düzeltme katsayıları. (A) Patlatma Düzeltmesi (A B ) KoĢullar / Yöntem Uygulanabilir terim Düzeltme katsayısı, A B 1. Makineyle kazı Hasarsız 1,0 2. Denetimli patlatma Çok az hasar 0,94-0,97 a. Pratik olarak patlatmada tüm deliklerin izleri gözlenebilir. b. Gevşemiş bloklar veya açılmış süreksizlikler söz konusu değildir. c. Aşırı sökülme: Genellikle 15 cm'den az, ender olarak 30 cm'den azdır d. Eklemler arasında yeni kırıklar yok veya çok azdır. 3. İyi klasik patlatma Orta derecede hasar 0,90-0,94 a. Bazı patlama deliklerinin izleri gözlenebilir. b. Az sayıda gevşek bloklar söz konusu olabilir ve bazı eklemler açılabilir. c. Aşın sökülme: Yaygın olarak 30 cm, yerel olarak 30 cm'yi aşabilir. d. Sağlam kaya bloklarında ve eklemler arasında kılcal çatlaklar gelişebilir. 4. Kötü klasik patlatma Şiddetli hasar 0,90 (en iyi) 0,80 (en kötü) a. Patlatma deliklerinden sadece birkaçı gözlenir. Açıklığın tavanında çok sayıda gevşemiş blok b. gözlenir. Çok sayıda eklem açılmış ve bloklar düşebilecek hale gelmiştir. c. Aşın sökülme: Genellikle 30 cm'den büyük, yerel olarak 1 m veya daha fazladır. d. Patlatmayla ilgili herhangi bir bilgi yok. Orta derecede hasar 0,90 (göreceli) (B) BaĢlıca Zayıflık Düzlemleriyle Ġlgili Düzeltme (A w ) KoĢul Düzeltme, Katsayısı A w 1. Zayıflık düzlemi yok 1,0 2. Sert dayklar 0,90 3. Yumuşak cevher zonları 0,85 4. Ana kaya/cevher dokanak zonları veya homojen olmayan tavan kayası 0,80 5. Kıvrımlar (senklinal ve antiklinaller) 0,75 6. Münferit fay zonlaro 0,70

76 RMR Sınıflama Sistemi'nin uygulama alanları RMR Sınıflama Sistemi; başta tünel, galeri, yeraltı odaları gibi yeraltı açıklıklarının kazısı olmak üzere, çok sayıda alanda uygulanmaktadır. Bu kaya kütlesi sınıflama sisteminden başlıca üç önemli veri elde edilmektedir (Bieniawski, 1988). Tüm jeolojik parametrelerin ortaklaşa etkisini yansıtan ve kaya kütlesinin genel koşullarıyla ilişkili "kaya kütlesi kalitesi" elde edilen verilerin başında gelmektedir. Bu veri, çalışılan saha genelinde kaya kütlesi koşullarının karşılaştırılmasına veya kaya kütlelerinin "çok iyi kaya"dan "çok zayıf kaya"ya kadar tanımlanarak, farklı kalitedeki kaya kütlelerinin sınırlarının belirlenip bölgelendirme haritalarının veya kesitlerinin hazırlanmasına olanak sağlar. Bu sınıflama sisteminden elde edilen diğer önemli bir veri de, bir kılavuzdan yararlanılarak kaya kütlesi kalitesi ve kazı yöntemine göre ön tasarım amacıyla destek türlerinin seçimidir. Sistem, bu kılavuzla birlikte her kaya sınıfı için; kaya yükü, desteksiz durma süresi, desteksiz açıklık boyutu vb. gibi parametrelerin tahminine olanak sağlamaktadır. RMR Sistemi'nin sağladığı olanaklardan biri de, RMR puanının kullanılarak kaya kütlesinin bazı mühendislik özelliklerinin (kohezyon ve içsel sürtünme açısı) tahmin edilebilmesidir RMR Sınıflama Sistemi'nin kullanımı sırasında yapılan hatalar RMR Sınıflama Sistemi'nin kullanımının basit oluşu ve sınıflama parametrelerinin yeraltı açıklıklarında yapılan haritalamayla veya kaya yüzleklerindeki hat etütlerinden ya da sondaj karotlarından belirlenmesi, sistemin Q Sistemi (Barton vd., 1974) ile birlikte bugüne değin uygulamada en yaygın olarak tercih edilen iki yöntemden biri olmasını sağlamıştır. Bu sınıflama sistemi, ağırlıklı olarak tünelcilik çalışmalarının yanı sıra, kömür madenciliği ve sert kaya madenciliğinde ve ayrıca,

77 66 bazı sınırlamalar ve tartışmaya açık hususlar bulunmakla birlikte, temel ve şev duraylılığı çalışmalarında da uygulanabilmekte, ya da bu tür çalışmalara uyarlanabilmektedir. Ayrıca bir önceki bölümde belirtildiği gibi, sistemin diğer bir avantajı da, başta destek sistemi olmak üzere, kaya kütlelerinin laboratuvarda tayini güç olan jeomekanik parametrelerinin görgül yöntemlerle belirlenmesine, desteksiz durma süresi ve destek basıncı gibi ön tasarıma yönelik parametrelerin kestirimine olanak sağlamasıdır. Yukarıda değinilen avantajlarına karşın, sistemin kendi doğasından kaynaklanan bazı sınırlamalarının olduğu, ayrıca sürekli değişime uğramasına bağlı olarak zaman zaman hatalı kullanıldığı da bir gerçektir. RMR Sınıflama Sistemi, ağırlıklı olarak yeraltı açıklıklarının kazısı sırasında veya sonrasında yapılan çok sayıda gözleme dayalı görgül bir yöntem olduğu için, mühendislik uygulamaları ve tasarım açısından hatalı değerlendirmelerin yapılmasına neden olabilmektedir. Diğer bir ifadeyle, bu sistemin kullanılmasıyla zaman zaman tasarımda aşın güvenli veya güvensiz tarafta kalınmasına yol açabilecek çıktı (sonuç) verileri elde edilebilmektedir. Güvenli ve ekonomik bir tasarımın yapılabilmesi için, tasarım çıktıları saha gözlemleri ve arazi ölçümleriyle karşılaştırılmalı, gerekiyorsa tasarımda değişikliğe gidilmelidir. Sistemdeki en önemli sınırlamaların, hatta bir ölçüde belirsizliklerin başında gelen parametre, süreksizlik yönelimi kavramı ve bununla ilgili düzeltme puanıdır. Tünel vb. gibi yeraltı açıklıkları için süreksizlik yönelimine ilişkin tanımlamalar ve atanan puanlar konusundaki belirsizlik, sistemin 1974 versiyonunda yapılan eklemelerle büyük ölçüde giderilmiştir. Bununla birlikte, ileri derecede eklemli veya parçalanmış kaya kütlelerinde inşa edilen yeraltı açıklıklarının ön tasarımı amacıyla bu sistemin kullanılması durumunda, yönelim parametresiyle ilgili bir belirsizlik ortaya çıkmaktadır. Çünkü bu denli yoğun (sık aralıklı) ve gelişigüzel konuma sahip süreksizlikler içeren kaya kütlelerinde süreksizlik yöneliminin etkisi ortadan kalkmakta ve malzeme ufak bloklar ve/veya parçalar halinde açıklığın içine düşme eğilimi göstermektedir. Bu tür koşullarda süreksizlik yönelimine bakılmaksızın,

78 67 destek sisteminin hemen yerleştirilmesi zorunluluğu vardır. Dolayısıyla, güncel haliyle RMR sisteminin bu tür koşullar altında bir sınırlamaya sahip olduğu ve yeni bir parametreye gereksinim duyulduğu açıktır. Ayrıca RMR Sistemi'nin kaya şevlerinde uygulanması durumunda süreksizlik yöneliminin şevin konumuna göre nasıl değerlendirileceği ve yönelim düzeltmesi puanının seçimi konularındaki belirsizlikler, yeraltı açıklıkları için söz konusu olan belirsizlikten çok daha fazladır. Kaya şevleri için hem yönelim parametresinin tanımlanması konusu açık değildir, hem de bazı durumlarda, özellikle düşük RMR puanına sahip zayıf kaya kütlelerinde -60 gibi değerlere varan düzeltme puanlarının uygulanmasıyla negatif RMR değerleri edilebilmektedir. Güncel RMR Sistemi'nde, yeraltısuyu koşulları da bir parametre olarak dikkate alınmakla birlikte, suyun ince tabakalı ve kil içeren zayıf kaya kütlelerinde yapacağı olumsuz etkileri de tanımlayacak bir parametre bulunmamaktadır. Ayrıca, sistemde kaya kütlesinin bozunma derecesinin tayini için kullanılan ölçütler de görsel tanımlamalara dayanmakta, dolayısıyla bir ölçüde öznel değerlendirmelere neden olabilmektedir. Bu özelliklerin sisteme dahil edilmemiş olması, özellikle zayıf kaya kütlelerinin sınıflandırılmasında bazı sınırlamalarla karşılaşılmasına yol açmaktadır. Suyun zayıf kaya kütlelerindeki tahrip edici etkisinin de tanımlanabilmesi amacıyla Ünal ve Özkan (1990)'ın RMR'ı modifiye ederek önerdikleri M-RMR Sistemi'nde; suda dağılmaya karşı duraylılık deneyinin de yapılarak, bu deneylerden elde edilecek suda dağılmaya karşı duraylılık indeksi aracılığıyla bir bozunma katsayısının kullanılmasını önermişlerdir. RMR Sistemi, kaya malzemesinin dayanımını da bir sınıflama parametresi olarak dikkate almakta ve bu amaçla tek eksenli sıkışma dayanımını veya nokta yükü dayanım indeksini kullanarak puanlama yapılmasını önermektedir. Ancak lamina, şistozite yüzeyi vb. gibi sık aralıklarla tekrarlanan zayıflık düzlemlerini içeren kaya kütlelerinden alınmış kaya malzemesi örneklerinde bu deneylerin yapılması için gereksinim duyulan standart boyutta örneklerin hazırlanması çoğu kez olanaklı değildir. Dolayısıyla bu tür kaya kütlesi ortamlarında dayanım parametresinin

79 68 tayiniyle ilgili sınırlamalar ortaya çıkmakta veya oldukça kaba tahminler yapılarak bir dayanım değerinin seçilmesi zorunda kalınmaktadır. Söz konusu güçlüğün aşılabilmesi amacıyla dayanım parametresi için alternatif olabilecek bazı basit indeks deneylerin de sisteme dahil edilmesinde yarar vardır. (Ulusay ve Sönmez, 2007) 4.2 Q Sınıflama Sistemi Q veya NGI (Norvegian Geotechnical Institue) sistemi olarak adlandırılan kaya kütlesi sınıflama sistemi 70'li yılların başlarında Barton vd. (1974) tarafından özellikle tünel tasarımı için geliştirilmiştir. Kaya tünelcilik kalitesi Q, birbirinden bağımsız 6 parametrenin fonksiyonu olarak aşağıdaki ifadeden hesaplanmaktadır. Burada; RQD: Kaya kalite göstergesi Jn: Eklem Takımı Sayısı Jr: Eklem Pürüzlülük Sayısı Ja: Eklem alterasyon sayısı Jw: Eklem Su Azaltma Faktörü SRF: Gerilme Azaltma Faktörü dür. Bu sistem, mevcut tünellerden elde edilen 1000'den fazla vakaya ait deneyimler esas alınarak geliştirilmiştir. Gerilme azaltma faktörü (SRF) ile ilgili olarak Grimstad ve Barton (1993) ve Barton ve Grimstad (1994) tarafından yapılan bir değişiklik dışında, Q sistemi önemli bir değişikliğe maruz kalmamıştır. Q Sisteminin girdi parametreleri ve değerleri aşağıdaki tablolarda verilmiştir.

80 69 Tablo 4.7 Q Sisteminin girdi parametreleri ve değerleri (Barton ve diğer., 1974 ve Barton,) 1. RQD KAYA KALĠTE GÖSTERGESĠ TANIMI 0-25 A. Çok zayıf B. Zayıf C. Orta D. İyi E. Çok iyi (mükemmel) Not: (1) RQD < 10 (0 dahil) ise Q'nun hesaplanmasında RQD için 10 gibi nominal bir değer RQD için 100, 95, vb. gibi 5'lik aralıklar yeterlidir. 2. EKLEM TAKIMI SAYISI (J n ) A. Masif, eklem çok az veya hiç yok 0,5-1,0 B. Bir eklem takımı 2 C. Bir eklem takımı ve gelişigüzel eklemler 3 D. İki eklem takımı 4 E. İki eklem takımı ve gelişigüzel eklemler 6 F. Üç eklem takımı 9 G. Üç eklem takımı ve gelişigüzel eklemler 12 H. Dört veya daha fazla eklem takımı, gelişi güzel çok fazla sayıda, küp şeker görünümünde 15 I. Parçalanmış kaya, toprak görünümünde 20 Not: (2) Arakesitler (kesişen tüneller) için (3,0 x J n ) kullanılır. (3) Tünel girişleri için (2,0 x J n ) kullanılır. 3. EKLEM PÜRÜZLÜLÜK SAYISI (J r ) (a) Süreksizlik-kaya dokanağı ve (b) 10 cm'lik bir makaslamadan önceki süreksizlik-kaya dokanağı A. Süreksiz eklemler 4 B. Pürüzlü veya düzensiz, dalgalı 3 C. Düz, dalgalı 2 D. Kaygan, dalgalı 1,5 E. Pürüzlü veya düzensiz, düzlemsel 1,5 F. Düz, düzlemsel 1,0 G. Kaygan, düzlemsel 0,5 Not: (4) Bu sıralamada tanımlamalar, küçük ve ara ölçekli özellikleri göstermektedir. (c) Makaslanmış kesimde süreksizlik-kaya dokanağı yok H. Süreksizlik yüzeylerinin birbirine temasını önleyecek yeterli kalınlıkta kil minerali içeren zon 1,0 I. Süreksizlik yüzeylerinin birbirine temasını önleyecek yeterli kalınlıktaki kumlu, çakıllı ya da parçalanmış zon 1,0

81 70 Tablo 4.8 Q Sisteminin girdi parametreleri ve değerleri (Eklem alterasyon sayısı) (Barton ve diğer., 1974 ve Barton,) 4. EKLEM ALTERASYON SAYISI < > Ja (yaklaģık) (a) Kaya-süreksizlik dokanağı (mineral dolgusu yok, sadece yüzey kaplaması) A. Yüzeyler sıkı, sert, yumuşamayan geçirimsiz dolgu (örneğin kuvars veya epidot) 0,75 B. Eklem yüzeyinde değişim yok, sadece yüzey sıvaması var C. Çok az değişime (bozunmaya) uğramış süreksizlik yüzeyleri. Yumuşamayan mineral kaplamaları, kum taneleri, kil içermeyen bozunmamış kaya vb. D. Siltli veya kumlu kil kaplamaları, çok az ve yumuşamayan kil içeriği E. Yumuşamayan veya düşük sürtünmeye sahip kil kaplama (örneğin kaolinit veya mika). Aynca klonit, talk, jips, grafit vd. ile az miktarda şişen killer (b) 10 cm'lik makaslamadan önceki süreksizlik kaya dokanağı (ince mineral dolguları) F. Kum taneleri, kil içermeyen bozunmamış kaya vd. G. Aşırı konsolide olmuş yumuşamayan kil minerali dolguları (sürekli, ancak kalınlığı <5 mm) H. Orta ve düşük derecede aşırı konsolidasyona maruz kalmış, yumuşayan kil minerali dolguları (sürekli, ancak kalınlığı <5 mm) J. Şişen kil mineralleri -örneğin mont-morillenit (sürekli, ancak kalınlığı <5 mm.) J a 'nın değeri şişen kil tane boyutundaki malzemenin miktarına ve su girişine bağlı (c) Makaslanma durumunda süreksizlik yüzeylerinin teması yok (kalın mineral dolguları) K, L, M. Bozunmuş veya parçalanmış kaya ve kil bantları ya da zonları (kil koşulunun tanımı için G, H ve J'ye bakınız) N. Siltli veya kumlu kil banılan veya zonları, çok az kil (yumuşamayan) O, P, R. Kalın ve sürekli kil bantları veya zonları (kil koşulunun tanımlanması için G, H, ve J'ye bakınız) 6,8 veya , 13 veya Tablo 4.9 Q Sisteminin girdi parametreleri ve değerleri (Eklem su azaltma faktörü) (Barton ve diğer., 1974 ve Barton,) 5. EKLEM SU AZALTMA FAKTÖRÜ YaklaĢık su basıncı (kgf/cm 2 ) J w A. Kısmi kazı veya düşük su geliri (örneğin genel olarak <5 l/dk.) <1 1,0 B. Orta derecede su geliri veya basıncı, yer yer eklem dolgularının yıkanması 1-2,5 0,66 C. Dolgusuz eklemler içeren sağlam kayada aşırı su geliri veya yüksek basınç 2,5-10 0,5 D. Aşırı su geliri veya yüksek basınç, eklem dolgularının ileri derecede yıkanması 2,5-10 0,33 E. Çok ileri derecede su geliri veya patlama sırasında zamanla azalan yüksek su basıncı >10 0,2-0,05 F. Zamanla azalmaksızın devam eden son derece fazla su geliri veya su basıncı >10 0,1-0,05 Not: (8) C, D, E ve F'deki faktörler kaba tahminlerdir. Eğer drenaja yönelik önlemler alınırsa, J w artar. (9) Buz oluşumundan kaynaklanabilecek özel sorunlar dikkate alınmamıştır.

82 71 Tablo 4.10 Q Sisteminin girdi parametreleri ve değerleri (Gerilme azaltma faktörü) (Barton ve diğer., 1974 ve Barton,) 6. GERĠLME AZALTMA FAKTÖRÜ SRF (a) Tünel açılırken kaya kütlesinin gevşemesine neden olabilecek kazıyı kesen zayıf zonlar A. Kil veya kimyasal olarak ayrışmış kaya içeren zayıflık zonları, çok 10 gevşek çevre kayacı (herhangi bir derinlikte) B. Kil veya kimyasal olarak aynşmış kaya 5 içeren tek bir zayıf zon (kazı derinliği < 50 m) C. kil veya kimyasal olarak aynşmış kaya 2,5 içeren tek bir zayıf zon (kazı derinliği > 50 m) D. Kil içermeyen dayanıklı kayada birden fazla 7,5 makaslama zonu, gevşek çevre kayacı (herhangi bir derinlikte) E. Kil içermeyen dayamklı kayada tek bir 5,0 makaslama zonu (kazı derinliği < 50 m) F. Kil içermeyen dayanıklı kayada tek bir 2,5 makaslama zonu (kazı derinliği > 50 m) G. Gevşek ve açık eklemler, ileri derecede eklemli "küp 5,0 şeker" görünümlü (herhangi bir derinlikte) (b) dayanıklı kaya, kaya gerilmesi sorunları H. Düşük gerilme, yüzeye yakın, açık eklemler J. Orta derecede gerilme, uygun gerilme koşulları K. Yüksek gerilme, çok sıkı yapı, genellikle duraylı, yan duvarlar açısından uygun olmayabilir L. Masif kayada 1 saatlik bir süre sonrasında orta derecede dilimlenme M. Masif kayada birkaç dakika sonra dilimlenme ve kaya patlaması N. Masif kayada aşın kaya patlatması ve ani dinamik deformasyon SRF >200 <0, ,01-0, ,3-0,4 0, ,5-0, , <2 > (c) Sıkışan kaya: Yüksek kaya basıncının etkisiyle düşük dayanımlı kayada plastik akma SRF O. Az sıkıştıran kaya basıncı P. Aşın sıkıştırıcı kaya basıncı > (d) Şişen kaya: Suyun varlığına bağlı olarak kimyasal şişme etkinliği SRF R. Düşük şişme basıncı 5-10 S. Çok yüksek şişme basıncı Q değeri ile ilgili olarak yer altı açıklıklarının duyarlılığı ve destek gereksinimleri açısından Barton vd.(1974) "Eşdeğer boyut, D e " adım verdikleri bir parametreyi de tanımlamışlardır.

83 72 Eşitlikteki ESR değeri yeraltı açıklığının duraylı kılınabilmesi için yerleştirileni destek sistemi üzerinde etkisi olan bir tür güvenlik katsayısıdır. Yeraltı kazısının türüne ve amacına göre ESR değerleri ilk kez Barton vd. (1974) tarafından önerilmiş, ancak daha sonra Barton ve Grimstad (1994) bazı değişiklikler yaparak ESR değerlerini güncelleştirmişlerdir. ESR için günümüzde bu son değişiklikler dikkate alınmaktadır Q Sistemi'nin Sınırlamaları Q sisteminin başlıca üstünlüğü, kaya özelliklerindeki küçük değişimlere karşı göreceli olarak duyarlı olmasıdır. Buna karşın, çok sayıda girdi parametresini ve bunlara ilişkin karmaşık tanımlamaları içermesi, özellikle yeterli deneyimi olmayan uygulamacılar açısından sistemin başlıca sınırlaması olarak değerlendirilmektedir. Q sisteminde yer alan F ve G genellikle zayıflık zonlarında, sıkışan ve şişen kayalarda veya çok aşırı su gelirinin olduğu ortamlarda geçerlidir. Ancak bu koşullar, ayrıntısı Palmstrom ve Broch (2006) tarafından belirtilen nedenlerden dolayı, karakterize edilmeleri çok güç olan koşullardır. Bu nedenle, bu koşullarla ilgili destek sistemlerinin seçimi konusunda sadece kaya kütlesi sınıflaması esas alınarak karar verilmesi zordur. Bu tür durumlarda sınıflama sistemlerinin sadece kısmen yansıttıkları yerel ve doğal koşullar önemli rol oynarlar. Bu nedenle pratik kullanım açısından, yaklaşık olarak 0,1<Q<40 aralığı Q sisteminde destek seçimi için en iyi çahşan bölge olarak dikkate alınabilir. Ayrıca genişlik veya yükseklik/esr ekseni de oldukça geniştir. Uygulamada en küçük açıklık boyutları 2-3 m iken, hiçbir uygulamacı tavanının veya duvarlarının yüksekliği m'den daha büyük olan açıklıkların destek sistemine sadece Q sistemini kullanarak karar vermez. Q sisteminde, J r, J a ve özellikle J n 'nin kullanıcıya bağlı olarak hatalı şekilde karakterize edilmesi ve bunun da Q değerine yansıması mümkündür. Ayrıca kaya kütleleri için önem taşıyan süreksizlik yönelimi, boyutu, devamlılığı ve açıklığı ile kaya dayanımı gibi parametreler Q sisteminde dikkate alınmamaktadır. Ayrıca SRF etkin gerilme durumunu yansıtmaktan ziyade, bir çeşit düzeltme faktörüdür.

84 GSI Sınıflama Sistemi Görgül yenilme ölçütünü geliştiren Hoek ve Brown, ölçütün gelişim süreci içinde m ve s kaya kütlesi sabitlerini arazi gözlemleri ve ölçümleriyle ilişkilendirerek belirleme çabası içinde olmuşlardır. Bu araştırmacılar, kaya kütlelerinin dayanım ve deformasyonunu denetleyen özelliklerin Bieniawski ( ) ve Barton vd. (1974) tarafından geliştirilen kaya kütlesi sınıflama sistemlerinin esas aldığı özelliklerle olan benzerliklerini göz önünde bulundurarak, bu sınıflama sistemlerinin yenilme ölçütünün malzeme sabitleri m ve s'in belirlenmesi amacıyla kullanılabileceğini düşünmüşlerdir. Bu düşüncelerini yenilme ölçütüne yansıtmakla birlikte, araştırmacılar söz konusu sınıflama sistemlerinin ölçüt tarafından kullanılmasıyla ilgili bazı sorunların ortaya çıkabileceğini de fark etmişlerdir. Örneğin; ileri derecede eklemli bir kaya kütlesinde yapılan bir tünel kazısı için gerekli destek sisteminin belirlenmesi amacıyla Q tünelcilik kalitesi indeksinin kullanımı sırasında, kaya kütlesindeki gerilme koşullan "gerilme azaltma faktörü" parametresiyle dikkate alınabilmektedir. Destek seçimine alternatif bir yaklaşım olarak, aynı kaya kütlesi için Hoek - Brown yenilme ölçütünden de yararlanılabilir ve ölçütten elde edilen parametrelerden kaya kütlesinin dayanımı tayin edilerek desteklenmesi gereken kayanın çevresindeki aşın gerilmeye maruz kalmış zon belirlenebilir. Yenilme ölçütünde m ve s sabitlerinin belirlenmesinde bir girdi parametresi olan GSI'nin tayini için Q sisteminden yararlanılması halinde, Q sisteminde ayrıca gerilme azaltma faktörü de dikkate alındığından, arazi gerilmelerinin etkisi analizde iki kez hesaba katılmaktadır. Benzeri soranlar, Q Sistemi'ndeki "su azaltma faktörü" ve RMR Sistemi'ndeki "yeraltısuyu parametresi" ile "yönelim düzeltmesi" için de geçerli olup, tüm durumlarda bu faktörlerin iki kez dikkate alınması söz konusu olabilmektedir. Bu tür soranların en aza indirilmesi gerektiğini öngören ölçütün geliştiricileri (Hoek vd., 1995; Hoek, 1995a), GSI'nin RMR ve Q sınıflama sistemlerinin kullanılarak belirlenmesinde aşağıda belirtilen hususların dikkate alınmasını önermişlerdir.

85 GSI'nin tayini için RMR Sistemi'nin 1976 versiyonunun kullanılması GSI'nin tayini için RMR'ın 1976 versiyonunun kullanılması halinde, kaya kütlesi tamamen kuru varsayılarak, yeraltı suyu koşulu için 10 puan ve süreksizlik yönelim koşulu için ise "çok uygun" tanımlaması seçilmekte ve 0 puan verilmektedir. Bu varsayımlara göre, RMR76'dan elde edilecek en düşük puan 18 olmaktadır. Buna göre, RMR76>18 olması koşuluyla, GSI=RMR 76 alınabilir. RMR Sistemi'nin 1976 versiyonuna göre 18'den küçük değerler (RMR76<18) elde edilememesinden dolayı, daha düşük kaliteli kaya kütleleri için GSI'nin tahmininde RMR Sistemi yerine Q Sistemi'nin kullanılması önerilmiştir (Hoek vd., 1995) GSI'nin tayini için RMR Sistemi'nin 1989 versiyonunun kullanılması GSI'nin tayini için RMR89'un kullanılması halinde; yeraltısuyu puanı olarak 15, süreksizlik yönelimi puanı için ise 0 değerleri esas alınmaktadır. Bu değerlere göre en düşük RMR puanı 23 olmaktadır. Bu durum, sistemin 1976 ve 1989 versiyonları arasında 5 puanlık bir fark yaratmaktadır. Söz konusu farklılığın giderilebilmesi amacıyla, RMR 89 >23 olmak koşuluyla GSI'nin, GSI=RMR 89-5 ifadesinden tahmin edilmesi önerilmiştir. RMR 89 <23 koşulunda ise, yine Q Sistemi'nin kullanılması gerekmektedir.

86 GSI'nin tayini için Q Sistemi'nin kullanılması GSI'nin, Barton vd. (1974) tarafından önerilen ve daha sonra Grimstad ve Barton (1993) tarafından sadece tünel destek seçim kılavuzu modifiye edilen Q Sistemi'nden belirlenmesi halinde; RQD, eklem set sayısı (Jn), eklem pürüzlülük sayısı (Jr) ve eklem alterasyon sayısı (Ja) parametreleri dikkate alınmaktadır. Q Sistemi'nin diğer iki parametresi olan su azaltma faktörü (Jw) için kuru kaya kütlesi ve gerilme düzeltme faktörü (SRF) için ise orta derecede gerilme koşullan varsayılarak, bu parametrelere 1 puan verilir. Gerilme koşulları ile su basıncının, Hoek - Brown ölçütünden yararlanılarak yapılan analitik ve sayısal çözümlemelerde de dikkate alınması nedeniyle, bunların bir de sınıflamaya katılarak ikinci kez kullanılmasını önlemek amacıyla bu yaklaşıma gidilmektedir. Bu nedenle, GSI'nın tahmini amacıyla Q Sistemi'nin klasik ifadesi aşağıdaki şekilde düzenlenmiştir. Modifiye edilmiş Q değeri (Q'), GSI'nin tahmini için aşağıdaki eşitlikte kullanılır (Hoek vd., 1995). GSI=9log e Q +44 En küçük Q' değeri 0,0208 olup, bu değerden yaklaşık 9 gibi bir GSI hesaplanır. GSI abağı aşağıda verilmiştir.

87 Şekil 4.1 GSI abağı 76